JP2021004823A - Load calculation system - Google Patents

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JP2021004823A
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絢子 田淵
Ayako Tabuchi
絢子 田淵
柳沢 知之
Tomoyuki Yanagisawa
知之 柳沢
杉田 澄雄
Sumio Sugita
澄雄 杉田
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Abstract

To provide a load calculation system capable of detecting a load of a roller bearing with higher accuracy by a simpler configuration.SOLUTION: A load calculation system 1 comprises: a coil 20 provided on an outer ring of a roller bearing 10; an excitation circuit 30 for exciting the coil 20; a coil 25 provided on the other side of a housing H; a current measuring circuit 40 for detecting a current generated in the coil 25 according to excitation of the coil 20; a voltage measuring circuit 50 for detecting a voltage generated in the coil 25 according to excitation of the coil 20; and an arithmetic unit 60 for calculating a radial load R applied to the roller bearing 10 on the basis of the detected current and voltage.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、荷重算出システムに関する。 The present invention relates to a load calculation system.

転がり軸受に対するラジアル荷重を検出するため、転がり軸受の外輪の外周側にセンサを取り付ける方法が知られている(例えば、特許文献1)。 In order to detect a radial load on a rolling bearing, a method of attaching a sensor to the outer peripheral side of the outer ring of the rolling bearing is known (for example, Patent Document 1).

特開2017−026570号公報JP-A-2017-026570

荷重により変化するのはセンサとして機能するコイルのインダクタンスである。特許文献1ではインダクタンスの変化により生じる電圧の変化を参照して荷重を求めている。より高い精度で荷重を求めるためにはインダクタンスそのものを求めることが望ましいが、特許文献1に記載されている方法では、電圧しか計測していないため、インダクタンスを求めることができない。 It is the inductance of the coil that functions as a sensor that changes with load. In Patent Document 1, the load is obtained by referring to the change in voltage caused by the change in inductance. In order to obtain the load with higher accuracy, it is desirable to obtain the inductance itself, but the method described in Patent Document 1 cannot obtain the inductance because only the voltage is measured.

また、特許文献1に記載の方法では、外輪に対して軸受の径方向の外周側にセンサを取り付けるためのスペースが必要になる。また、特許文献1に記載の方法では、荷重の影響を受けないリファレンス用のセンサが必要になる。このように、特許文献1に記載の方法では、設計上の制約が多い。 Further, in the method described in Patent Document 1, a space for mounting the sensor on the outer peripheral side of the bearing in the radial direction with respect to the outer ring is required. Further, in the method described in Patent Document 1, a reference sensor that is not affected by the load is required. As described above, the method described in Patent Document 1 has many design restrictions.

本発明は、より簡易な構成でより高精度に転がり軸受の荷重を検出可能な荷重算出システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a load calculation system capable of detecting the load of a rolling bearing with higher accuracy with a simpler configuration.

上記の目的を達成するための本発明の荷重算出システムは、転がり軸受の外輪又は前記外輪の外周部と当接するハウジングの一方に設けられる第1コイルと、前記第1コイルを励磁する励磁回路と、前記外輪又は前記ハウジングの他方に設けられる第2コイルと、前記第1コイルの励磁に応じて前記第2コイルに生じる電流を検出する電流検出回路と、前記第1コイルの励磁に応じて第2コイルに生じる電圧を検出する電圧検出回路と、前記電流と前記電圧とに基づいて前記転がり軸受に加わるラジアル荷重を算出する演算装置とを備える。 The load calculation system of the present invention for achieving the above object includes a first coil provided on one of the outer ring of the rolling bearing or a housing that comes into contact with the outer peripheral portion of the outer ring, and an excitation circuit that excites the first coil. A second coil provided on the outer ring or the other side of the housing, a current detection circuit that detects a current generated in the second coil in response to excitation of the first coil, and a first coil in response to excitation of the first coil. It includes a voltage detection circuit that detects the voltage generated in the two coils, and a computing device that calculates the radial load applied to the rolling bearing based on the current and the voltage.

従って、転がり軸受に加わる荷重に応じたコイルのインダクタンスを電流と電圧とに基づいて算出してインダクタンスに応じた荷重を導出することができる。すなわち、インダクタンスを電流と電圧から求めることができるため、より高精度にインダクタンス及びインダクタンスに応じた荷重を求めることができる。また、転がり軸受の径方向の外周側に圧力検出用のセンサ及びリファレンス用のセンサを設けるためのスペースを必要としない。 Therefore, the inductance of the coil corresponding to the load applied to the rolling bearing can be calculated based on the current and the voltage, and the load corresponding to the inductance can be derived. That is, since the inductance can be obtained from the current and the voltage, the inductance and the load corresponding to the inductance can be obtained with higher accuracy. Further, a space for providing a pressure detection sensor and a reference sensor on the outer peripheral side in the radial direction of the rolling bearing is not required.

本発明の荷重算出システムでは、前記第1コイル又は前記第2コイルの一方は、前記転がり軸受の回転軸方向と直交する前記外輪の一側面に固定され、前記第1コイル又は前記第2コイルの他方は、前記一側面と同一平面であるか又は前記一側面に平行であって前記一側面との間に段差を形成するよう設けられた前記ハウジングの側面に固定される。 In the load calculation system of the present invention, one of the first coil and the second coil is fixed to one side surface of the outer ring orthogonal to the rotation axis direction of the rolling bearing, and the first coil or the second coil The other is fixed to the side surface of the housing which is coplanar to the one side surface or is parallel to the one side surface and is provided so as to form a step with the one side surface.

従って、第1コイルと第2コイルとを回転軸と直交する同一平面に並べて配置することができる。 Therefore, the first coil and the second coil can be arranged side by side on the same plane orthogonal to the rotation axis.

本発明の荷重算出システムでは、前記第1コイルと前記第2コイルは、前記回転軸を通る径方向の直線上に配置される。 In the load calculation system of the present invention, the first coil and the second coil are arranged on a linear line in the radial direction passing through the rotation axis.

従って、ラジアル荷重の変化と、第1コイルと第2コイルの関係の変化とをよりリニアに対応させることができる。 Therefore, the change in the radial load and the change in the relationship between the first coil and the second coil can be made to correspond more linearly.

本発明の荷重算出システムでは、前記第1コイルと前記第2コイルが平行である。 In the load calculation system of the present invention, the first coil and the second coil are parallel.

従って、第1コイルと第2コイルの延出方向を揃えることができる。 Therefore, the extension directions of the first coil and the second coil can be aligned.

本発明によれば、より簡易な構成でより高精度に転がり軸受の荷重を検出することができる。 According to the present invention, the load of the rolling bearing can be detected with higher accuracy with a simpler configuration.

図1は、実施形態の荷重算出システムの主要構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of the load calculation system of the embodiment. 図2は、転がり軸受及びハウジングならびにこれらに設けられたコイルの構成を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configurations of rolling bearings and housings and coils provided therein. 図3は、コイルの具体的構成例を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a specific configuration example of the coil. 図4は、図1に示す構成において、演算装置によって算出されたコイルのインダクタンスの値と付加荷重(ラジアル荷重)との関係の一例を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the coil inductance value calculated by the arithmetic unit and the additional load (radial load) in the configuration shown in FIG.

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. The requirements of each embodiment described below can be combined as appropriate. In addition, some components may not be used.

図1は、実施形態の荷重算出システム1の主要構成を示すブロック図である。荷重算出システム1は、転がり軸受10と、第1コイルとして機能するコイル20と、第2コイルとして機能するコイル25と、励磁回路30と、電流測定回路40と、電圧測定回路50と、演算装置60とを備える。荷重算出システム1は、例えば、転がり軸受10が回転可能に軸支するシャフトSが出力軸である又はシャフトSと連結されている出力軸を有する電動機にかかるラジアル荷重Rを検出する。 FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of the load calculation system 1 of the embodiment. The load calculation system 1 includes a rolling bearing 10, a coil 20 that functions as a first coil, a coil 25 that functions as a second coil, an excitation circuit 30, a current measurement circuit 40, a voltage measurement circuit 50, and a calculation device. 60 and. The load calculation system 1 detects, for example, a radial load R applied to an electric motor having an output shaft whose shaft S rotatably supported by the rolling bearing 10 is an output shaft or which has an output shaft connected to the shaft S.

転がり軸受10は、シャフトSを回転可能に軸支する。コイル20は、転がり軸受10に取り付けられる。コイル20は、転がり軸受10に設けられる。転がり軸受10とコイル20は、センサ付き転がり軸受5を構成する。コイル25は、転がり軸受10が取り付けられるハウジングHに設けられる。コイル25は、転がり軸受10に加わるラジアル荷重Rの変化に応じてインピーダンス及びインダクタンスが変化する。 The rolling bearing 10 rotatably supports the shaft S. The coil 20 is attached to the rolling bearing 10. The coil 20 is provided on the rolling bearing 10. The rolling bearing 10 and the coil 20 constitute a rolling bearing 5 with a sensor. The coil 25 is provided in the housing H to which the rolling bearing 10 is attached. The impedance and inductance of the coil 25 change according to the change in the radial load R applied to the rolling bearing 10.

図2は、転がり軸受10及びハウジングHならびにこれらに設けられたコイル20,25の構成を示す断面図である。なお、図2は、転がり軸受10の回転軸中心線Axを通る直線で転がり軸受10、ハウジングH、コイル20,25を切った場合の断面図である。すなわち、図2に示すコイル20とコイル25は、回転軸中心線Axを通る径方向の直線上に配置される。転がり軸受10は、外輪11と、内輪12と、転動体13と、保持器14とを有する。外輪11と内輪12は、転動体13を挟んで相対的に回転可能に設けられる。転動体13は、複数設けられ、外輪11と内輪12の間で回転軸中心線Axを中心とする円周方向に沿って並ぶ。転動体13を挟んで、外輪11が外周側に配置され、内輪12が内周側に配置される。保持器14は、円周方向に並ぶ複数の転動体13同士の間隔を保持する。実施形態では、転動体13の形状が球である玉軸受が採用されているが、これは転がり軸受10の形態の一例であってこれに限られるものでない。転がり軸受10は、転動体13の形状が円柱状のころ軸受又は針状軸受であってもよい。また、転がり軸受10は、円すいころ軸受又は球面ころ軸受であってもよい。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configurations of the rolling bearing 10, the housing H, and the coils 20 and 25 provided therein. FIG. 2 is a cross-sectional view of the rolling bearing 10, the housing H, and the coils 20 and 25 cut along a straight line passing through the rotation axis center line Ax of the rolling bearing 10. That is, the coil 20 and the coil 25 shown in FIG. 2 are arranged on a linear line in the radial direction passing through the rotation axis center line Ax. The rolling bearing 10 has an outer ring 11, an inner ring 12, a rolling element 13, and a cage 14. The outer ring 11 and the inner ring 12 are provided so as to be relatively rotatable with the rolling element 13 interposed therebetween. A plurality of rolling elements 13 are provided, and are arranged between the outer ring 11 and the inner ring 12 along the circumferential direction centered on the rotation axis center line Ax. The outer ring 11 is arranged on the outer peripheral side and the inner ring 12 is arranged on the inner peripheral side with the rolling element 13 interposed therebetween. The cage 14 maintains the distance between the plurality of rolling elements 13 arranged in the circumferential direction. In the embodiment, a ball bearing in which the shape of the rolling element 13 is a sphere is adopted, but this is an example of the form of the rolling bearing 10 and is not limited to this. The rolling bearing 10 may be a roller bearing or a needle-shaped bearing in which the rolling element 13 has a columnar shape. Further, the rolling bearing 10 may be a tapered roller bearing or a spherical roller bearing.

実施形態では、外輪11がハウジングHに固定され、内輪12及びシャフトSが回転可能に軸支される構成である。すなわち、外輪11は、転がり軸受10の固定輪である。ハウジングHは、例えば転がり軸受10が設けられる機械その他の設備の筐体であるが、転がり軸受10を取り付け可能な構成であればよい。 In the embodiment, the outer ring 11 is fixed to the housing H, and the inner ring 12 and the shaft S are rotatably supported by the housing H. That is, the outer ring 11 is a fixed ring of the rolling bearing 10. The housing H is, for example, a housing of a machine or other equipment to which the rolling bearing 10 is provided, but may have a configuration in which the rolling bearing 10 can be attached.

図3は、コイル20,25の具体的構成例を示す斜視図である。コイル20,25は、芯材21と、導線22と、コイルケース23とを備える。芯材21は、軟磁性を示す磁性材料である。例えば、ソフトフェライト、圧粉磁心等を芯材21に用いることができる。導線22は、絶縁被膜された導線である。具体的には、導線22は、例えば、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系等、樹脂で被膜処理された所謂マグネットワイヤである。導線22において絶縁被膜された導線は、例えば銅線であるが、導電性を有する他の素材によって構成された導線であってもよい。コイルケース23は、芯材21の外周を覆い、導線22が巻回される筒状の絶縁体である。コイルケース23は、例えば樹脂製であるが、他の絶縁性材料が採用されてもよい。図3に示すコイルケース23は、芯材21の一端側が貫通して露出する鍔23aと、芯材21の他端側を覆う鍔23bとを含む。導線22は、鍔23aと鍔23bの間でコイルケース23に巻回される。 FIG. 3 is a perspective view showing a specific configuration example of the coils 20 and 25. The coils 20 and 25 include a core material 21, a conducting wire 22, and a coil case 23. The core material 21 is a magnetic material exhibiting soft magnetism. For example, soft ferrite, dust core, etc. can be used for the core material 21. The lead wire 22 is an insulating coated lead wire. Specifically, the lead wire 22 is a so-called magnet wire coated with a resin such as polyurethane-based, polyester-based, or polyamide-based. The conductive wire coated with the insulating film in the conducting wire 22 is, for example, a copper wire, but may be a conducting wire made of another material having conductivity. The coil case 23 is a tubular insulator that covers the outer circumference of the core material 21 and around which the lead wire 22 is wound. The coil case 23 is made of resin, for example, but other insulating materials may be adopted. The coil case 23 shown in FIG. 3 includes a collar 23a through which one end side of the core material 21 is exposed and exposed, and a collar 23b covering the other end side of the core material 21. The lead wire 22 is wound around the coil case 23 between the collar 23a and the collar 23b.

コイル20は、外輪11の一側面11aに固定される(図2参照)。具体的には、接着剤24又はコイル20の芯材21が嵌め込まれる固定部材を用いて、外輪11の一側面11aと芯材21とが当接するよう芯材21及び外輪11の側面と対向する鍔23aを外輪11に固定する。一側面11aは、回転軸中心線Axと直交する外輪11の側面である。 The coil 20 is fixed to one side surface 11a of the outer ring 11 (see FIG. 2). Specifically, the adhesive 24 or the fixing member into which the core material 21 of the coil 20 is fitted is used to face the side surfaces of the core material 21 and the outer ring 11 so that one side surface 11a of the outer ring 11 and the core material 21 are in contact with each other. The collar 23a is fixed to the outer ring 11. One side surface 11a is a side surface of the outer ring 11 orthogonal to the rotation axis center line Ax.

コイル25は、ハウジングHの一側面Haに芯材21の端部が密着するよう固定される。具体的には、接着剤26又はコイル25の芯材21が嵌め込まれる固定部材を用いて、ハウジングHの一側面Haと芯材21とが当接するよう芯材21及び一側面Haと対向する鍔23aを外輪11に固定する。一側面Haは、一側面11aと同一平面である。なお、一側面Haと一側面11aとの関係は同一平面であることに限定されず、一側面Haと一側面11aとの段差が5mm程度の段差であれば許容できる。好ましくは、当該段差は、数ミクロン程度の段差であるとよい。すなわち、一側面Haは、一側面11aに平行であって一側面11aとの間に段差を形成するよう設けられていてもよい。 The coil 25 is fixed to one side surface Ha of the housing H so that the end portion of the core member 21 is in close contact with the housing H. Specifically, using a fixing member into which the adhesive 26 or the core material 21 of the coil 25 is fitted, a collar facing the core material 21 and one side surface Ha so that one side surface Ha of the housing H and the core material 21 come into contact with each other. The 23a is fixed to the outer ring 11. One side surface Ha is flush with one side surface 11a. The relationship between the one side surface Ha and the one side surface 11a is not limited to the same plane, and it is acceptable if the step between the one side surface Ha and the one side surface 11a is about 5 mm. Preferably, the step is a step of about several microns. That is, the one side surface Ha may be provided so as to be parallel to the one side surface 11a and form a step between the one side surface 11a and the one side surface 11a.

コイル20は、芯材21が一側面11aに対して垂直になるよう取り付けられることが望ましい。コイル25は、芯材21が一側面Haに対して垂直になるよう取り付けられることが望ましい。なお、芯材21と固定される面とは密着されていなくてもよく、間隔又は他の構造物の介在があってもよい。ラジアル荷重Rによる転がり軸受10とハウジングHとの関係の変化がコイル20とコイル25との位置関係の変化に反映されるよう、コイル20が転がり軸受10に固定され、コイル25がハウジングHに固定されていればよい。コイル20,25を固定する他の方法として、例えば、固定される面に鍔23b側からコイル20,25を押し付けるばね等の付勢部材を外部に設けてもよい。また、図2及び図3に示す例では、芯材21の一端がコイルケース23から延出し、他端がコイルケース23内に収納されているが、これに限定されるものでない。芯材21は、導線22が巻回されている範囲に延在していればよく、両端がコイルケース23から延出していてもよいし、コイルケース23の端部と同一の位置又は内側に位置していてもよい。 It is desirable that the coil 20 is attached so that the core material 21 is perpendicular to one side surface 11a. It is desirable that the coil 25 is attached so that the core material 21 is perpendicular to one side surface Ha. The core material 21 and the surface to be fixed may not be in close contact with each other, and may be spaced or intervened by other structures. The coil 20 is fixed to the rolling bearing 10 and the coil 25 is fixed to the housing H so that the change in the relationship between the rolling bearing 10 and the housing H due to the radial load R is reflected in the change in the positional relationship between the coil 20 and the coil 25. It suffices if it is done. As another method for fixing the coils 20 and 25, for example, an urging member such as a spring that presses the coils 20 and 25 from the collar 23b side may be provided externally on the surface to be fixed. Further, in the examples shown in FIGS. 2 and 3, one end of the core material 21 extends from the coil case 23 and the other end is housed in the coil case 23, but the present invention is not limited to this. The core material 21 may extend to the range in which the lead wire 22 is wound, both ends may extend from the coil case 23, or may extend to the same position or inside as the end of the coil case 23. It may be located.

図1に示す励磁回路30は、コイル20に交流電圧を印加する。励磁回路30は、図示しない電源装置と接続され、当該電源装置から電力の供給を受けてコイル20の導線22に交流電流を印加する。コイル20の導線22と、励磁回路30とは、導線M1を介して電気的に接続され、電気回路を構成している。 The excitation circuit 30 shown in FIG. 1 applies an AC voltage to the coil 20. The exciting circuit 30 is connected to a power supply device (not shown), receives power from the power supply device, and applies an alternating current to the lead wire 22 of the coil 20. The lead wire 22 of the coil 20 and the exciting circuit 30 are electrically connected via the lead wire M1 to form an electric circuit.

電流測定回路40は、コイル20の励磁に応じてコイル25に生じる電流を検出する。実施形態の電流測定回路40は、交流電流計として機能する回路である。電圧測定回路50は、コイル20の励磁に応じてコイル25に生じる電圧を検出する。実施形態の電圧測定回路50は、交流電圧計として機能する回路である。コイル25の導線22と、電流測定回路40と、電圧測定回路50とは、導線M2を介して電気的に接続され、電気回路を構成している。 The current measuring circuit 40 detects the current generated in the coil 25 in response to the excitation of the coil 20. The current measurement circuit 40 of the embodiment is a circuit that functions as an AC ammeter. The voltage measuring circuit 50 detects the voltage generated in the coil 25 in response to the excitation of the coil 20. The voltage measuring circuit 50 of the embodiment is a circuit that functions as an AC voltmeter. The lead wire 22 of the coil 25, the current measurement circuit 40, and the voltage measurement circuit 50 are electrically connected via the lead wire M2 to form an electric circuit.

演算装置60は、電流測定回路40が検出した電流と電圧測定回路50が検出した電圧とに基づいてラジアル荷重Rを算出する。演算装置60は、式(1)を用いてコイル20のインピーダンスZを算出する。なお、電圧値Vは芯材21に巻回された導線22の両端間の電圧である。実施形態の電圧測定回路50は、芯材21に巻回された導線22の両端間の電圧値Vを検出する。

Figure 2021004823
The arithmetic unit 60 calculates the radial load R based on the current detected by the current measuring circuit 40 and the voltage detected by the voltage measuring circuit 50. The arithmetic unit 60 calculates the impedance Z of the coil 20 using the equation (1). The voltage value V is the voltage between both ends of the lead wire 22 wound around the core material 21. The voltage measuring circuit 50 of the embodiment detects the voltage value V between both ends of the conducting wire 22 wound around the core material 21.
Figure 2021004823

演算装置60は、電流値Iと電圧値Vの位相差θとインピーダンスZとに基づいて、式(2)を用いてインダクタンスLを算出する。式(2)のfは、交流電流の周波数(所定の周波数)を示す。例えば、f=128[khz]であるが、これに限られるものでなく、適宜変更可能である。位相差θの単位は、[度(°)]である。位相差θは、周波数(f)に応じて同一時間内に生じる電流値Iの変化と電圧値Vの変化に基づいて求められる。例えば、電流値Iの位相は、同時刻の電圧値Vの位相に対して90度遅れる。式(1)及び式(2)で用いられる電流値Iと電圧値Vは、同時刻に検出された値である。

Figure 2021004823
The arithmetic unit 60 calculates the inductance L using the equation (2) based on the phase difference θ of the current value I and the voltage value V and the impedance Z. F in the formula (2) represents the frequency of the alternating current (predetermined frequency). For example, f = 128 [khz], but the present invention is not limited to this, and can be changed as appropriate. The unit of the phase difference θ is [degree (°)]. The phase difference θ is obtained based on the change in the current value I and the change in the voltage value V that occur within the same time according to the frequency (f). For example, the phase of the current value I is delayed by 90 degrees with respect to the phase of the voltage value V at the same time. The current value I and the voltage value V used in the equations (1) and (2) are values detected at the same time.
Figure 2021004823

図4は、図1に示す構成において、演算装置60によって算出されたコイル25のインダクタンスLの値と付加荷重(ラジアル荷重)との関係の一例を示すグラフである。シャフトSの回転数は200rpmである。図4では、ラジアル荷重(単位:キロニュートン[kN])の漸増に応じて変化するコイル25のインダクタンスL(単位:マイクロヘンリー[μH])を例示している。転がり軸受10の回転に伴い、転動体13の通過時と非通過時の違いから、インピーダンスZ、インダクタンスLは変動する。また、ラジアル荷重Rに応じて、その変動量(振れ幅)は変わる。具体的には、図4に例示するように、ラジアル荷重Rが大きくなるほどインダクタンスLの振れ幅が大きくなる。演算装置60は、交流電流の周波数(f)に基づいて設定された分解能、すなわち、所定時間(例えば、1秒)あたりのインダクタンスLの算出回数内で得られたインダクタンスLの最大値L1とインダクタンスLの最小値L2とを取得する。演算装置60は、最大値L1と最小値L2との差Qを求める。演算装置60は、事前の測定によって導出された差Qとラジアル荷重Rとの対応関係を示すデータに基づいて、差Qからラジアル荷重Rを導出する。当該データは、演算装置60に予め記憶されていてもよいし、演算装置60が参照可能な図示しない記憶装置、記憶回路又は記憶媒体に記憶されていてもよい。 FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the value of the inductance L of the coil 25 calculated by the arithmetic unit 60 and the additional load (radial load) in the configuration shown in FIG. The rotation speed of the shaft S is 200 rpm. FIG. 4 illustrates the inductance L (unit: microhenry [μH]) of the coil 25 that changes according to the gradual increase of the radial load (unit: kilonewton [kN]). As the rolling bearing 10 rotates, the impedance Z and the inductance L fluctuate due to the difference between when the rolling element 13 passes and when it does not pass. Further, the amount of fluctuation (fluctuation width) changes according to the radial load R. Specifically, as illustrated in FIG. 4, the larger the radial load R, the larger the swing width of the inductance L. The arithmetic unit 60 has a resolution set based on the frequency (f) of the alternating current, that is, the maximum value L1 and the inductance of the inductance L obtained within the calculation number of the inductance L per predetermined time (for example, 1 second). The minimum value L2 of L is acquired. The arithmetic unit 60 obtains the difference Q between the maximum value L1 and the minimum value L2. The arithmetic unit 60 derives the radial load R from the difference Q based on the data showing the correspondence between the difference Q and the radial load R derived by the prior measurement. The data may be stored in advance in the arithmetic unit 60, or may be stored in a storage device, a storage circuit, or a storage medium (not shown) that can be referred to by the arithmetic unit 60.

以上、演算装置60によるラジアル荷重Rの導出について説明したが、演算装置60は、上述の処理を行うための専用の回路であってもよいし、上述の処理内容を含むソフトウェア・プログラムを実行するコンピュータであってもよい。 Although the derivation of the radial load R by the arithmetic unit 60 has been described above, the arithmetic unit 60 may be a dedicated circuit for performing the above-mentioned processing, or executes a software program including the above-mentioned processing contents. It may be a computer.

コイル20とコイル25は逆の配置でもよい。すなわち、ハウジングHに設けられたコイルが励磁され、この励磁に応じて外輪11に設けられたコイルに生じた起電力から求められたインダクタンスに基づいてラジアル荷重Rを求めるようにしてもよい。このように、センサ付き軸受5は、転がり軸受10と、転がり軸受10の外輪11に設けられるコイル20とを備え、コイル20又は外輪11が取り付けられるハウジングHに設けられたコイル25の一方が励磁されて他方が一方の励磁に応じて電流及び電圧を生じ、当該電流及び当該電圧からインダクタンスLを取得し、インダクタンスLに基づきラジアル荷重Rを導出する。 The coil 20 and the coil 25 may be arranged in reverse. That is, the coil provided in the housing H may be excited, and the radial load R may be obtained based on the inductance obtained from the electromotive force generated in the coil provided in the outer ring 11 in response to this excitation. As described above, the sensor-equipped bearing 5 includes a rolling bearing 10 and a coil 20 provided on the outer ring 11 of the rolling bearing 10, and one of the coil 20 or the coil 25 provided on the housing H to which the outer ring 11 is attached is excited. Then, the other generates a current and a voltage in response to the excitation of one, acquires the inductance L from the current and the voltage, and derives the radial load R based on the inductance L.

なお、電流測定回路40によって検出された電流及び電圧測定回路50によって検出された電圧から演算装置60が電流値I及び電圧値Vを得るための仕組みについては、任意である。例えば、電流測定回路40によって測定された電流及び電圧測定回路50によって測定された電圧は、図示しないA/D変換器又は同様の機能を有する回路を用いてデジタル情報に変換されて演算装置60に入力されるか、係るA/D変換機能を演算装置60が含む。また、電流測定回路40、電圧測定回路50がそれぞれA/D変換機能を有し、デジタル化された電流値I、電圧値Vを演算装置60に出力する構成であってもよい。 The mechanism for the arithmetic unit 60 to obtain the current value I and the voltage value V from the current detected by the current measuring circuit 40 and the voltage detected by the voltage measuring circuit 50 is arbitrary. For example, the current measured by the current measuring circuit 40 and the voltage measured by the voltage measuring circuit 50 are converted into digital information by using an A / D converter (not shown) or a circuit having a similar function to the arithmetic unit 60. The arithmetic unit 60 includes an A / D conversion function to be input or related. Further, the current measurement circuit 40 and the voltage measurement circuit 50 may each have an A / D conversion function, and may be configured to output the digitized current value I and voltage value V to the arithmetic unit 60.

なお、ハウジングHには、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミ材等の合金もしくは金属又は樹脂が用いられる。ハウジングHを構成する材料は、転がり軸受10が設けられる設備の用途に応じて適宜選択可能である。転がり軸受10の内輪12の内側を挿通するよう設けられるシャフトSを構成する材料についても、ハウジングHと同様、用途に応じて適宜選択可能である。 For the housing H, for example, an alloy such as carbon steel, stainless steel, or aluminum, or a metal or resin is used. The material constituting the housing H can be appropriately selected according to the application of the equipment in which the rolling bearing 10 is provided. Similar to the housing H, the material constituting the shaft S provided so as to pass through the inside of the inner ring 12 of the rolling bearing 10 can be appropriately selected according to the application.

また、転動体13には、ステンレス鋼、クロム鋼等の合金(もしくは金属)又はセラミックス等が用いられるが、これらの材料は転がり軸受10が設けられる設備の用途に応じて適宜選択可能である。また、保持器14には、合金もしくは金属又は樹脂等が用いられるが、これらの材料は転がり軸受10が設けられる設備の用途に応じて適宜選択可能である。また、転がり軸受10には、転動体13の潤滑油の漏出抑制及び外輪11、内輪12と転動体13との摺動部に対する異物の侵入抑制を目的とした図示しないシール部材が設けられてもよい。シール部材に用いられる材料は、合金もしくは金属又は樹脂(ゴム)等、転がり軸受10が設けられる設備の用途に応じて適宜選択可能である。 Further, an alloy (or metal) such as stainless steel or chrome steel or ceramics is used for the rolling element 13, and these materials can be appropriately selected depending on the use of the equipment in which the rolling bearing 10 is provided. Further, alloy, metal, resin or the like is used for the cage 14, and these materials can be appropriately selected according to the application of the equipment in which the rolling bearing 10 is provided. Further, even if the rolling bearing 10 is provided with a seal member (not shown) for the purpose of suppressing leakage of lubricating oil of the rolling element 13 and suppressing intrusion of foreign matter into the sliding portions of the outer ring 11, the inner ring 12 and the rolling element 13. Good. The material used for the sealing member can be appropriately selected depending on the application of the equipment provided with the rolling bearing 10, such as alloy, metal or resin (rubber).

実施形態によれば、転がり軸受10に加わるラジアル荷重Rに応じたコイル25のインダクタンスLを電流値Iと電圧値Vとに基づいて算出してインダクタンスLに応じたラジアル荷重Rを導出することができる。すなわち、インダクタンスLを電流値Iと電圧値Vから求めることができるため、より高精度にインダクタンスL及びインダクタンスLに応じたラジアル荷重Rを求めることができる。また、外輪11の径方向の外周側に圧力検出用のセンサ及びリファレンス用のセンサを設けるためのスペースを必要とせず、外輪11の一側面11aにコイル20又はコイル25の一方を設けることと、ハウジングHの一側面Haにコイル20又はコイル25の他方を設けることが可能であればラジアル荷重Rを求めることができる。また、リファレンス用のセンサ、ロードセル、ひずみゲージアンプ等を用いた高価なシステムを必要とせず、より簡易な構成でラジアル荷重Rを求めることができる。また、センサ出力として機能するコイル25のインダクタンスLが、ラジアル荷重Rの変化に伴うコイル20との関係の変化に対応するので、センサ出力に対する転がり軸受10の電気的特性による影響を抑制することができる。 According to the embodiment, the inductance L of the coil 25 corresponding to the radial load R applied to the rolling bearing 10 can be calculated based on the current value I and the voltage value V to derive the radial load R corresponding to the inductance L. it can. That is, since the inductance L can be obtained from the current value I and the voltage value V, the radial load R corresponding to the inductance L and the inductance L can be obtained with higher accuracy. Further, it is not necessary to provide a space for providing a pressure detection sensor and a reference sensor on the outer peripheral side of the outer ring 11 in the radial direction, and one of the coil 20 or the coil 25 is provided on one side surface 11a of the outer ring 11. If it is possible to provide the coil 20 or the other of the coils 25 on one side surface Ha of the housing H, the radial load R can be obtained. Further, the radial load R can be obtained with a simpler configuration without the need for an expensive system using a reference sensor, a load cell, a strain gauge amplifier, or the like. Further, since the inductance L of the coil 25 that functions as the sensor output corresponds to the change in the relationship with the coil 20 due to the change in the radial load R, it is possible to suppress the influence of the electrical characteristics of the rolling bearing 10 on the sensor output. it can.

また、コイル20又はコイル25の一方は、回転軸中心線Axと直交する一側面11aに固定され、他方は、一側面11aと同一平面である一側面Haに固定される。従って、コイル20とコイル25とを回転軸中心線Axと直交する同一平面に並べて配置することができる。 Further, one of the coil 20 and the coil 25 is fixed to one side surface 11a orthogonal to the rotation axis center line Ax, and the other is fixed to one side surface Ha which is the same plane as the one side surface 11a. Therefore, the coil 20 and the coil 25 can be arranged side by side on the same plane orthogonal to the rotation axis center line Ax.

また、コイル20とコイル25は、回転軸中心線Axを通る径方向の直線上に配置される。従って、ラジアル荷重Rの変化と、コイル20とコイル25の関係の変化とをよりリニアに対応させることができる。 Further, the coil 20 and the coil 25 are arranged on a linear line in the radial direction passing through the rotation axis center line Ax. Therefore, the change in the radial load R and the change in the relationship between the coil 20 and the coil 25 can be made to correspond more linearly.

また、コイル20とコイル25が平行である。従って、コイル20とコイル25の延出方向を揃えることができる。 Further, the coil 20 and the coil 25 are parallel to each other. Therefore, the extension directions of the coil 20 and the coil 25 can be aligned.

以上、コイル20とコイル25がそれぞれ1つずつの場合について例示したが、1つの転がり軸受10とハウジングHに複数のコイル20とコイル25が設けられてもよい。この場合、回転軸中心線を通る径方向の直線上に位置するコイル20とコイル25の組を複数設ける。コイル20,25は、組毎に異なる角度の直線上、すなわち、異なる方向のラジアル荷重Rに対応する直線上に位置する。そして、各組で荷重算出システム1を構成することで、回転軸中心線Axに対して複数方向のラジアル荷重Rを個別に求めることができる。 Although the case where each of the coils 20 and the coil 25 is one is illustrated above, a plurality of coils 20 and the coils 25 may be provided in one rolling bearing 10 and the housing H. In this case, a plurality of pairs of the coil 20 and the coil 25 located on a linear line in the radial direction passing through the center line of the rotation axis are provided. The coils 20 and 25 are located on straight lines at different angles for each set, that is, on straight lines corresponding to radial loads R in different directions. Then, by configuring the load calculation system 1 with each set, the radial load R in a plurality of directions can be individually obtained with respect to the rotation axis center line Ax.

複数のコイル20,25を備える構成では、組み合わせによって、転がり軸受10に加わるラジアル荷重R以外の荷重も測定可能になる。具体的には、外輪11に対してそれぞれ異なる位置に配置された複数のコイル25のインダクタンスLと、そのような複数のコイル25のインダクタンスLが得られるタイミングに転がり軸受10に加わっているラジアル荷重R、アキシアル荷重、モーメント荷重の有無及び大きさとの相関を予め測定する。測定結果を示すデータを演算装置60から参照可能に記憶、保持することで、演算装置60が算出した複数のコイル25のインダクタンスLと当該データとの照合によって、転がり軸受10に加わっているラジアル荷重R、アキシアル荷重及びモーメント荷重を導出することができる。 In the configuration including the plurality of coils 20 and 25, a load other than the radial load R applied to the rolling bearing 10 can be measured depending on the combination. Specifically, the radial load applied to the rolling bearing 10 at the timing when the inductance L of the plurality of coils 25 arranged at different positions with respect to the outer ring 11 and the inductance L of the plurality of coils 25 are obtained. The correlation with R, axial load, presence / absence of moment load, and magnitude is measured in advance. By storing and holding the data indicating the measurement result in a referenceable manner from the arithmetic unit 60, the radial load applied to the rolling bearing 10 by collating the inductance L of the plurality of coils 25 calculated by the arithmetic unit 60 with the data. R, axial load and moment load can be derived.

1 荷重算出システム
10 転がり軸受
11 外輪
12 内輪
13 転動体
14 保持器
20,25 コイル
21 芯材
22 導線
23 コイルケース
30 励磁回路
40 電流測定回路
50 電圧測定回路
60 演算装置
1 Load calculation system 10 Rolling bearing 11 Outer ring 12 Inner ring 13 Rolling element 14 Cage 20, 25 Coil 21 Core material 22 Lead wire 23 Coil case 30 Excitation circuit 40 Current measurement circuit 50 Voltage measurement circuit 60 Computing device

Claims (4)

転がり軸受の外輪又は前記外輪の外周部と当接するハウジングの一方に設けられる第1コイルと、
前記第1コイルを励磁する励磁回路と、
前記外輪又は前記ハウジングの他方に設けられる第2コイルと、
前記第1コイルの励磁に応じて前記第2コイルに生じる電流を検出する電流検出回路と、
前記第1コイルの励磁に応じて第2コイルに生じる電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電流と前記電圧とに基づいて前記転がり軸受に加わるラジアル荷重を算出する演算装置とを備える
荷重算出システム。
A first coil provided on one of the outer ring of the rolling bearing or the housing in contact with the outer peripheral portion of the outer ring, and
An excitation circuit that excites the first coil and
A second coil provided on the outer ring or the other of the housing,
A current detection circuit that detects the current generated in the second coil in response to the excitation of the first coil, and
A voltage detection circuit that detects the voltage generated in the second coil in response to the excitation of the first coil, and
A load calculation system including an arithmetic unit that calculates a radial load applied to the rolling bearing based on the current and the voltage.
前記第1コイル又は前記第2コイルの一方は、前記転がり軸受の回転軸方向と直交する前記外輪の一側面に固定され、
前記第1コイル又は前記第2コイルの他方は、前記一側面と同一平面であるか又は前記一側面に平行であって前記一側面との間に段差を形成するよう設けられた前記ハウジングの側面に固定される
請求項1に記載の荷重算出システム。
One of the first coil and the second coil is fixed to one side surface of the outer ring orthogonal to the rotation axis direction of the rolling bearing.
The side surface of the housing provided so that the first coil or the other side of the second coil is coplanar with the one side surface or parallel to the one side surface and forms a step between the first coil and the other side surface. The load calculation system according to claim 1, which is fixed to.
前記第1コイルと前記第2コイルは、前記回転軸を通る径方向の直線上に配置される
請求項2に記載の荷重算出システム。
The load calculation system according to claim 2, wherein the first coil and the second coil are arranged on a linear line in the radial direction passing through the rotation axis.
前記第1コイルと前記第2コイルが平行である
請求項1から3のいずれか一項に記載の荷重算出システム。
The load calculation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the first coil and the second coil are parallel to each other.
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