JP2017044312A - Bearing with sensor and state monitoring system - Google Patents
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Description
本発明はセンサ付き軸受及び状態監視システムに関する。 The present invention relates to a sensor-equipped bearing and a condition monitoring system.
車両や工作機械、風力発電装置等の機械設備には、転がり軸受やモータ、ポンプ等の各種装置が多く装備されている。機械設備を長時間使用することにより摩耗や損傷が発生すると、軸受等の各種装置のスムーズな回転、摺動が阻害され、異常音を発生するだけでなく、寿命の低下を招く可能性がある。このため従来は、機械設備を一定期間使用した後に、軸受等の摩耗や損傷等の異常の有無を検査していた。 Machine equipment such as vehicles, machine tools, and wind power generators are often equipped with various devices such as rolling bearings, motors, and pumps. If wear or damage occurs due to long-term use of mechanical equipment, smooth rotation and sliding of various devices such as bearings will be hindered, and not only will abnormal noise be generated but also the life may be shortened. . For this reason, conventionally, after using a machine facility for a certain period, the presence or absence of abnormalities such as wear and damage of a bearing or the like has been inspected.
この検査は、機械設備の軸受等が組み込まれた部位、又は機械設備全体を分解することにより行われ、軸受等に発生した損傷や摩耗は、作業者の目視による検査によって発見される。そして、検査の結果、軸受等に摩耗や損傷等の異常が発見された場合は、当該軸受等を新品に交換して、機械設備の故障や事故を未然に防止していた。しかしながら、機械設備の一部、又は全体を分解し、作業者の目視によって行う検査方法では、機械設備から軸受等を取り外す作業と、検査が終了した軸受等を再び機械設備に組み込む作業に多大な労力がかかり、機械設備の保守コストが嵩むという問題があった。 This inspection is performed by disassembling the part of the machine equipment in which the bearing or the like is incorporated, or the entire machine equipment, and damage or wear generated in the bearing or the like is found by visual inspection by the operator. As a result of the inspection, if an abnormality such as wear or damage is found in the bearing or the like, the bearing or the like is replaced with a new one to prevent a malfunction or accident of the mechanical equipment. However, in the inspection method in which a part or the whole of the mechanical equipment is disassembled and visually checked by an operator, it is very difficult to remove the bearings from the mechanical equipment and to incorporate the bearings etc. that have been inspected again into the mechanical equipment. There is a problem that labor is required and maintenance cost of mechanical equipment increases.
このような問題を解決するために、機械設備の実稼動状態で軸受等の各種装置の異常診断を行う異常診断装置が提案されている。例えば、特許文献1記載の装置では、軸受摩耗量を常時監視して、トラブルの発生を未然に防止することを図っている。 In order to solve such problems, there has been proposed an abnormality diagnosis device that performs abnormality diagnosis of various devices such as bearings in an actual operation state of mechanical equipment. For example, in the apparatus described in Patent Document 1, the amount of bearing wear is constantly monitored to prevent trouble from occurring.
軸受が保持するシャフトに加わる荷重によって発生する歪を検出することで、軸受の摩耗や異常等を診断できることが望まれている。さらに、荷重をモニタリングすることで装置状態を制御するために、実稼働状態で歪を検出可能であることが望まれている。 It is desired that the wear or abnormality of the bearing can be diagnosed by detecting the strain generated by the load applied to the shaft held by the bearing. Furthermore, in order to control the apparatus state by monitoring the load, it is desired that the strain can be detected in the actual operation state.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、実稼働状態で歪を検出可能なセンサ付軸受、及び状態監視システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a sensor-equipped bearing capable of detecting strain in an actual operating state, and a state monitoring system.
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 外輪又は内輪に配置された歪検出部を備える、センサ付軸受。
(2) 前記歪検出部は、前記外輪又は前記内輪上に配置された絶縁膜と、前記絶縁膜上に配置された薄膜抵抗体と、を有する薄膜型歪センサである、(1)に記載のセンサ付軸受。
(3) 前記薄膜抵抗体は、金属又は導電性樹脂材料からなる、(2)に記載のセンサ付軸受。
(4) 前記外輪又は前記内輪には、溝部が形成され、
前記薄膜型歪センサは、前記溝部に配置される、(2)又は(3)に記載のセンサ付軸受。
(5) 前記外輪又は前記内輪は回転輪であり、
前記回転輪上に配置された前記薄膜型歪センサの出力信号は、スリップリングを介して外部に取り出される、(2)〜(4)の何れか1項に記載のセンサ付軸受。
(6) 前記薄膜型歪センサは、出力信号を無線電波として発信する、(2)〜(5)の何れか1項に記載のセンサ付軸受。
(7) (2)〜(6)の何れか1項に記載のセンサ付軸受と、
前記薄膜型歪センサの出力信号に基づき、前記センサ付軸受の状態を監視する状態監視装置と、
を備える、状態監視システム。
The above object of the present invention can be achieved by the following constitution.
(1) A sensor-equipped bearing including a strain detection unit disposed on an outer ring or an inner ring.
(2) The strain detection unit according to (1), wherein the strain detection unit is a thin film strain sensor having an insulating film disposed on the outer ring or the inner ring and a thin film resistor disposed on the insulating film. Bearing with sensor.
(3) The sensor-equipped bearing according to (2), wherein the thin film resistor is made of a metal or a conductive resin material.
(4) A groove is formed in the outer ring or the inner ring,
The said thin film type strain sensor is a bearing with a sensor as described in (2) or (3) arrange | positioned at the said groove part.
(5) The outer ring or the inner ring is a rotating wheel,
The sensor-equipped bearing according to any one of (2) to (4), wherein an output signal of the thin-film strain sensor disposed on the rotating wheel is taken out through a slip ring.
(6) The sensor-equipped bearing according to any one of (2) to (5), wherein the thin film strain sensor transmits an output signal as a radio wave.
(7) The sensor-equipped bearing according to any one of (2) to (6),
A state monitoring device for monitoring the state of the bearing with the sensor, based on the output signal of the thin film strain sensor;
A state monitoring system comprising:
本発明によれば、実稼働状態で歪を検出可能なセンサ付軸受、及び状態監視システムが実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the bearing with a sensor which can detect distortion in a real operation state, and a state monitoring system are realizable.
以下、本発明の実施形態に係るセンサ付き軸受及び状態監視システムについて、図面を用いて説明する。なお、この実施形態により本発明は何ら限定されるものではない。また、以下の説明における構成要素には、当業者が想定できる範囲で実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。 Hereinafter, a sensor-equipped bearing and a state monitoring system according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited at all by this embodiment. In addition, constituent elements in the following description include those that are substantially the same as those that can be assumed by those skilled in the art, that is, those in an equivalent range.
図1に示すように、本実施形態の状態監視システムは、機械設備内に組み込まれた監視対象物であるセンサ付軸受10と、センサ付軸受10の外輪11又は内輪13に配置された歪検出部と、歪検出部の出力信号に基づき、センサ付軸受10の状態を監視する状態監視装置(不図示)と、を備える。歪検出部としては、外輪11又は内輪13に発生する歪を検出可能であれば特に限定されないが、本実施形態のような薄膜型歪センサ20(以下「歪センサ20」という。)を適用することが好ましい。
As shown in FIG. 1, the state monitoring system according to the present embodiment includes a sensor-equipped
センサ付軸受10は、内周面に外輪軌道面11aを有する外輪11(固定輪である軌道輪)と、外周面に内輪軌道面13aを有する内輪13(回転輪である軌道輪)と、外輪軌道面11a及び内輪軌道面13aとの間に転動自在に配置される複数の玉15と、を備える。
The sensor-equipped
内輪13は、不図示のシャフトに外嵌固定され、当該シャフトと共に回転する回転輪である。外輪11は、不図示のハウジング等に内嵌固定され、回転しない固定輪である。
The
外輪11の外周面には、軸方向(図1の紙面と垂直方向)に平行に、軸方向一端から他端まで凹設された溝部12が形成されている。溝部12には、機械設備の実稼働状態において外輪11の歪を検出可能な歪センサ20が固定されている。歪センサ20は、溝部12の底部に積層されたSiO2等の絶縁膜21と、絶縁膜21上に蒸着やスパッタリング等の真空薄膜形成方法により均一に積層された薄膜抵抗体23と、薄膜抵抗体23の両端に厚膜印刷等により形成された電極25と、を有する。
On the outer peripheral surface of the
薄膜抵抗体23は、経済性や材料特性の観点から適宜選択され、例えば金属又は導電性樹脂材料からなることが好ましい。上記金属としては、Fe−Crや、Ni−Cr、CrN、W、Ti等が挙げられる。上記導電性樹脂材料としては、カーボン材料を含有させて抵抗値を調整した樹脂材料等が挙げられる。
The
外輪11の外周面に溝部12が形成されるので、外輪11は荷重影響を受けやすくなる。したがって、玉15通過時の負荷荷重によって発生する歪みも大きくなり、歪センサ20による検出能力を向上することが可能である。
Since the
歪センサ20が、溝部12に配置されるので、すなわち歪みが生じやすい薄肉部分に配置されるので、検出能力をさらに向上することができる。また、歪センサ20が溝部12内に配置されることで、外輪11から突出しないので、センサ付軸受10をコンパクト化することができる。
Since the
なお、歪センサ20が検出する歪みの間隔を計測することにより、軸受の回転数や回転速度を検出することも可能である。
In addition, it is also possible to detect the rotation speed and rotational speed of a bearing by measuring the strain interval detected by the
電極25には不図示のリード端子が接続され、当該リード線によって歪センサ20の出力信号が外部に取り出される。内輪13が固定輪で外輪11が回転輪である場合には、回転する歪センサ20から出力信号を外部に取り出せるように、上記リード線は周知のスリップリング(不図示)に接続される。
A lead terminal (not shown) is connected to the
歪センサ20は、出力信号を無線電波として外部に発信する無線通信部と、無線通信部等に給電する自己発電部と、を有してもよい。この場合、歪センサ20はワイヤレスで歪みを検出することが可能であり、スリップリングと接続する必要がない。なお、自己発電部の発電については、無線給電の方式を用いてもよい。給電時のみ、データ取得及びデータ送信を行うようにすれば、歪センサ20を省電力化することができる。
The
このように、外部に取り出された歪センサ20の出力信号は状態監視装置に伝達され、この状態監視装置は出力信号に基づきセンサ付軸受10の状態を常時監視する。
In this way, the output signal of the
なお、外輪11の外周面に設けられる溝部12の位置や形状は限定されない。例えば、溝部12を外輪11の軸方向側面に設けてもよい。この場合、当該溝部12に配置された歪センサ20は、アキシャル荷重発生時に玉15の接触角が変化することで発生する歪みを検出する。
In addition, the position and shape of the
このように、本実施形態のセンサ付軸受10及び状態監視装置によれば、コンパクトな構成で、軸受の状態を感度良く監視することが可能である。 As described above, according to the sensor-equipped bearing 10 and the state monitoring device of the present embodiment, it is possible to monitor the state of the bearing with high sensitivity with a compact configuration.
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更、改良等が可能である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A change, improvement, etc. are possible suitably.
例えば、内輪13に歪センサ20を配置してもよい。この場合、歪センサ20の検出能力を向上するために、内輪13の内周面や軸方向側面等の任意の位置に溝部を形成し、当該溝部の内部に歪センサ20が配置される構成とすることが好ましい。
For example, the
10 センサ付軸受
11 外輪
11a 外輪軌道面
12 溝部
13 内輪
13a 内輪軌道面
15 玉
20 薄膜型歪センサ(歪検出部)
21 絶縁膜
23 薄膜抵抗体
DESCRIPTION OF
21 Insulating
Claims (7)
前記薄膜型歪センサは、前記溝部に配置される、請求項2又は3に記載のセンサ付軸受。 A groove is formed in the outer ring or the inner ring,
The sensor-equipped bearing according to claim 2, wherein the thin-film strain sensor is disposed in the groove portion.
前記回転輪上に配置された前記薄膜型歪センサの出力信号は、スリップリングを介して外部に取り出される、請求項2〜4の何れか1項に記載のセンサ付軸受。 The outer ring or the inner ring is a rotating wheel,
The sensor-equipped bearing according to any one of claims 2 to 4, wherein an output signal of the thin-film strain sensor disposed on the rotating wheel is taken out through a slip ring.
前記薄膜型歪センサの出力信号に基づき、前記センサ付軸受の状態を監視する状態監視装置と、
を備える、状態監視システム。 A bearing with a sensor according to any one of claims 2 to 6,
A state monitoring device for monitoring the state of the bearing with the sensor, based on the output signal of the thin film strain sensor;
A state monitoring system comprising:
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