JP2022156079A - Bearing device, spindle device, and electric vertical take-off/landing machine - Google Patents

Bearing device, spindle device, and electric vertical take-off/landing machine Download PDF

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孝誌 小池
Takashi Koike
勇介 澁谷
Yusuke Shibuya
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Abstract

To provide a small-sized bearing device capable of accurately measuring a temperature rise or acceleration with rotations of a bearing.SOLUTION: A bearing device 1 comprises: an outer ring 2; an inner ring 3; a plurality of rolling elements 4; an outer annulus 7; a magnetic ring 8; a cylindrical heat insulation part 11 of which heat conductivity is low and which consists of a non-metal insulator and includes a partition wall 11a extending in a radial direction; and a stator 9 fixed at an opposite side of a bearing B with the partition wall 11a interposed therebetween. The magnetic ring 8 is disposed so as to face the stator 9, and the stator 9 and the magnetic ring 8 constitute a generator G. The bearing device 1 further comprises a circuit board 10 which is fixed in a space closer to the bearing B side than the partition wall 11a. The circuit board 10 includes a power supply circuit 16 which creates a DC power source by performing rectification processing on power generated by the generator G, at least one sensor 17 for detecting a state of the bearing B, and a wireless communication circuit 20 for transmitting output of the at least one sensor 17 to an outside wirelessly.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、軸受装置、スピンドル装置、および電動垂直離着陸機に関する。 The present disclosure relates to bearing devices, spindle devices, and electric vertical take-off and landing aircraft.

軸受に発電機を組み合わせて、センサ、無線通信などの電源として使用することが知られている。特開2006-170624号公報(特許文献1)に開示されているワイヤレスセンサ付き軸受は、転がり軸受と、発電機兼用の回転センサと、この回転センサの出力をワイヤレスで送信するワイヤレス送信回路とを含んで構成される。 It is known to combine a bearing with a generator and use it as a power source for sensors, wireless communication, and the like. A bearing with a wireless sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-170624 (Patent Document 1) includes a rolling bearing, a rotation sensor that also serves as a generator, and a wireless transmission circuit that wirelessly transmits the output of the rotation sensor. composed of

回転センサは、磁気エンコーダと、内部にコイルが収容された磁性体リングとで構成され、磁性体リングは発電機の回転センサのステータとして機能する。回転センサは、クローポール型の発電機と兼用される。 The rotation sensor is composed of a magnetic encoder and a magnetic ring in which a coil is accommodated, and the magnetic ring functions as a stator of the rotation sensor of the generator. The rotation sensor is also used as a claw pole generator.

コイルを収容している磁性体リングは、外方部材の内径面に嵌合され、磁気エンコーダと対向する。外方部材には車輪用軸受のインボード側の端部を覆うカバーが取り付けられ、カバーの外径面の鍔部から小径部にわたる段差部には、回転センサの出力をワイヤレスで送信する環状のワイヤレス送信手段が設置されている。 A magnetic ring containing a coil is fitted to the inner diameter surface of the outer member and faces the magnetic encoder. A cover is attached to the outer member to cover the end of the wheel bearing on the inboard side, and an annular ring that wirelessly transmits the output of the rotation sensor is attached to the stepped portion extending from the flange to the small diameter portion of the outer diameter surface of the cover. Wireless transmission means are installed.

特開2019-7580号公報(特許文献2)に開示されているワイヤレスセンサ付き軸受は、軸受本体と、センサと、発電部品と、無線処理回路と、電源回路と、カバーと、カバーに形成された冷却ファンとを含んで構成される。 The bearing with a wireless sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-7580 (Patent Document 2) includes a bearing body, a sensor, a power generation component, a wireless processing circuit, a power supply circuit, a cover, and a cover. and a cooling fan.

特許文献2のワイヤレスセンサ付き軸受では、軸受本体の内輪が回転すると、外輪および内輪の軌道溝から発生する熱と、発電に伴って発電部(コイル)から発生する熱と、使用環境の温度上昇等とにより、軸受の温度が上昇する。特許文献2のワイヤレスセンサ付き軸受では、熱の影響でカバーに装着した無線回路や電源回路等が故障しないように、カバーの外側に放熱フィンが設けられる。 In the bearing with a wireless sensor of Patent Document 2, when the inner ring of the bearing body rotates, heat is generated from the raceway grooves of the outer ring and the inner ring, heat is generated from the power generation section (coil) due to power generation, and the temperature of the operating environment rises. etc., the temperature of the bearing rises. In the wireless sensor-equipped bearing of Patent Document 2, radiation fins are provided on the outside of the cover so that the radio circuit, the power supply circuit, etc. attached to the cover do not malfunction due to the influence of heat.

特開2006-170624号公報JP 2006-170624 A 特開2019-7580号公報JP 2019-7580 A

特許文献1に記載された磁性体リングは、車輪用軸受の外方部材(外輪)の内径面に直接嵌合されているため、発電時に発生する磁性体リングの鉄損等による発熱が直接外方部材に熱伝導し、車輪用軸受の温度が上昇する。特許文献1のワイヤレスセンサ付き軸受では、車輪用軸受の回転による温度上昇を監視するために外方部材に温度センサを配置した場合には、正確に外方部材の温度を測定することは困難である。特許文献1のワイヤレスセンサ付き軸受では、車輪用軸受の加速度を測定する場合、外方部材があるために車輪用軸受の近い位置に加速度センサを配置することは難しい。 Since the magnetic ring described in Patent Document 1 is directly fitted to the inner diameter surface of the outer member (outer ring) of the wheel bearing, the heat generated by the iron loss of the magnetic ring generated during power generation is directly applied to the outside. The heat is conducted to the side member, and the temperature of the wheel bearing rises. In the wireless sensor-equipped bearing of Patent Document 1, when a temperature sensor is arranged on the outer member in order to monitor temperature rise due to rotation of the wheel bearing, it is difficult to accurately measure the temperature of the outer member. be. In the wireless sensor equipped bearing of Patent Document 1, when measuring the acceleration of the wheel bearing, it is difficult to arrange the acceleration sensor at a position close to the wheel bearing due to the presence of the outer member.

特許文献2に記載されたワイヤレスセンサ付き軸受は、外輪の外周に設けた溝に金属板のプレス成形により形成されたカバーが固定され、カバーの内側には、センサを実装した回路基板と第1発電部(ヨークと磁石とコイル)とが実装されている。このため、発電に伴って発生する熱は、回路基板に実装した温度センサおよび軸受に熱伝導してしまう。特許文献2に記載されたワイヤレスセンサ付き軸受は、外輪および内輪の軌道溝から発生する熱のみを温度センサで検出することは難しく、軸受の異常有無を適切に判定することが困難になる。 In the bearing with a wireless sensor described in Patent Document 2, a cover formed by press-molding a metal plate is fixed to a groove provided on the outer periphery of the outer ring. A power generation section (yoke, magnet, and coil) is mounted. Therefore, the heat generated by power generation is conducted to the temperature sensor and the bearing mounted on the circuit board. In the wireless sensor equipped bearing described in Patent Document 2, it is difficult for the temperature sensor to detect only the heat generated from the raceway grooves of the outer ring and the inner ring, making it difficult to appropriately determine whether the bearing is abnormal.

特許文献2に記載されたワイヤレスセンサ付き軸受では、カバーの外面に長方形の凹部を形成し、凹部に送信アンテナが配置される構造のため、カバーの形状が複雑になるとともに、組立工数が煩雑になる。特許文献2に記載されたワイヤレスセンサ付き軸受では、カバーとは別に冷却フィンが形成されるため、部品点数が多くなる。 The bearing with wireless sensor described in Patent Document 2 has a structure in which a rectangular concave portion is formed on the outer surface of the cover, and the transmitting antenna is arranged in the concave portion. Become. In the wireless sensor-equipped bearing disclosed in Patent Document 2, the cooling fins are formed separately from the cover, which increases the number of parts.

本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、軸受の回転に伴う温度上昇を正確に測定することが可能な小型の軸受装置、スピンドル装置、および電動垂直離着陸機を提供することである。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object of the present disclosure is to provide a compact bearing device, a spindle device, and an electric vertical actuator capable of accurately measuring the temperature rise accompanying rotation of the bearing. to provide take-off and landing aircraft.

本開示は、軸受を備える軸受装置に関する。軸受装置は、外輪と、内輪と、外輪と内輪との間に配置される複数の転動体と、外輪および内輪のうちのいずれか一方に固定される固定部材と、外輪および内輪のうちのいずれか他方に、固定部材に対向するように固定される磁気リングと、固定部材に固定されるとともに、熱伝導率が低く非金属の絶縁体から構成され、径方向に延びる隔壁を有する円筒状の断熱部と、隔壁を挟んで軸受と反対側に固定されるステータと、を備える。磁気リングは、ステータに対向するように配置される。ステータと磁気リングとは発電機を構成する。軸受装置は、隔壁よりも軸受側の空間に固定された回路基板をさらに備える。回路基板は、発電機で生成される電力を整流処理して直流電源を作る電源回路と、軸受の状態を検出する少なくとも1つのセンサと、少なくとも1つのセンサの出力を無線で外部に送信するワイヤレス通信回路と、を含む。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to bearing devices that include bearings. A bearing device comprises an outer ring, an inner ring, a plurality of rolling elements arranged between the outer ring and the inner ring, a fixed member fixed to either one of the outer ring and the inner ring, and one of the outer ring and the inner ring. On the other hand, a magnetic ring fixed so as to face the fixed member, and a cylindrical magnetic ring fixed to the fixed member and made of a non-metallic insulator with low thermal conductivity and having a partition wall extending in the radial direction A heat insulating part and a stator fixed on the side opposite to the bearing across the partition are provided. A magnetic ring is arranged to face the stator. The stator and magnetic ring form a generator. The bearing device further includes a circuit board fixed in a space closer to the bearing than the partition wall. The circuit board includes a power supply circuit that rectifies the power generated by the generator to create a DC power supply, at least one sensor that detects the state of the bearing, and a wireless circuit that transmits the output of the at least one sensor to the outside. and communication circuitry.

本開示によれば、軸受の回転に伴う温度上昇を正確に測定することが可能な小型の軸受装置を提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present disclosure, it is possible to provide a small-sized bearing device capable of accurately measuring a temperature rise accompanying rotation of the bearing.

実施の形態1の軸受装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a bearing device according to Embodiment 1; FIG. 発電機の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of a generator. 同じ形状の磁性体リング部材を2つ対向配置した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which opposingly arranged two magnetic material ring members of the same shape. 2つの磁性体リング部材を嵌合した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which fitted two magnetic material ring members. 実施の形態1の変形例1の軸受装置の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a bearing device of Modification 1 of Embodiment 1; 図5のVI-VI断面における断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG. 5; ステータの形状を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the shape of a stator. 実施の形態1の変形例2の概略構成を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of Modification 2 of Embodiment 1; 図8の主要部の拡大図を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an enlarged view of the main part of FIG. 8; 軸受装置が搭載される電動垂直離着陸機の斜視図である。1 is a perspective view of an electric vertical take-off and landing aircraft equipped with a bearing device; FIG.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本開示の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されている。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the embodiments described below, when referring to the number, amount, etc., the scope of the present disclosure is not necessarily limited to the number, amount, etc., unless otherwise specified. The same reference numbers are given to the same parts and equivalent parts, and redundant description may not be repeated. It is planned from the beginning to use the configurations in the embodiments in combination as appropriate.

[実施の形態1]
図1は、実施の形態1の軸受装置の回転軸を含む平面における断面図である。図1に示す軸受装置1として、ワイヤレスセンサ付き軸受を例示する。軸受装置1は、軸受Bと、外環7と、磁気リング8と、ステータ9と、回路基板10とを備える。軸受Bは、外輪2と、内輪3と、転動体4と、保持器5と、シール6とを含む。外環7は、外輪2の内径面に固定される。外環7の内径面には、断熱部11が固定される。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a bearing device according to Embodiment 1 taken along a plane including a rotating shaft. A bearing with a wireless sensor is exemplified as the bearing device 1 shown in FIG. The bearing device 1 includes a bearing B, an outer ring 7 , a magnetic ring 8 , a stator 9 and a circuit board 10 . Bearing B includes outer ring 2 , inner ring 3 , rolling elements 4 , cage 5 and seal 6 . The outer ring 7 is fixed to the inner diameter surface of the outer ring 2 . A heat insulating portion 11 is fixed to the inner diameter surface of the outer ring 7 .

断熱部11には、隔壁11aが設けられる。断熱部11には、軸受B側と反軸受側とに2つの空間が形成される。軸受B側の端面11bは、外環7の端面に当接する。磁気リング8は、内輪3の外径面に固定される。ステータ9は、断熱部11の隔壁11aの反軸受側の空間に、磁気リング8と対向するように固定される。ステータ9は、断熱部11を介して外環7に固定されている。なお、軸受装置1では、端面11bを設けずに、軸受B側に空間を設けてもよい。具体的に、軸受装置1では、隔壁11aと兼用した断面L字形状とした断熱部11を外環7に固定し、深さを調節することで軸受B側に空間を設ければよい。 A partition wall 11 a is provided in the heat insulating portion 11 . Two spaces are formed in the heat insulating portion 11 on the side of the bearing B and the side opposite to the bearing. The end face 11b on the bearing B side contacts the end face of the outer ring 7 . A magnetic ring 8 is fixed to the outer diameter surface of the inner ring 3 . The stator 9 is fixed so as to face the magnetic ring 8 in a space on the side opposite to the bearing of the partition wall 11 a of the heat insulating portion 11 . The stator 9 is fixed to the outer ring 7 via the heat insulating portion 11 . In addition, in the bearing device 1, a space may be provided on the bearing B side without providing the end surface 11b. Specifically, in the bearing device 1, the heat insulating portion 11 having an L-shaped cross section that also serves as the partition wall 11a is fixed to the outer ring 7, and a space is provided on the bearing B side by adjusting the depth.

回路基板10は、軸受Bの外輪2の端面に隣接する外環7の端面に、ねじまたは接着剤等で固定される。回路基板10は、断熱部11の隔壁11aの軸受B側空間に配置される。ステータ9の外側端面には、蓋12が配置される。蓋12は、外環7の内径面に圧入または接着固定される。蓋12は、放熱部12aおよび断熱層12bを有する二層構造に構成される。放熱部12aは、ステータ9と当接する内径側に配置され、熱伝導率が高い金属材料(たとえばアルミニウム、銅、鉄材など)で形成される。断熱層12bは、外径側に配置され、熱伝導率が低い断熱材料(たとえば樹脂などの絶縁材料)で形成されている。なお、蓋12は、全体を樹脂などの絶縁部材(非導電性部材)で製作されてもよい。 The circuit board 10 is fixed to the end face of the outer ring 7 adjacent to the end face of the outer ring 2 of the bearing B with screws, adhesive, or the like. The circuit board 10 is arranged in the bearing B side space of the partition wall 11 a of the heat insulating portion 11 . A lid 12 is arranged on the outer end surface of the stator 9 . The lid 12 is press-fitted or adhesively fixed to the inner diameter surface of the outer ring 7 . The lid 12 has a two-layer structure having a heat radiation portion 12a and a heat insulation layer 12b. The heat radiating portion 12a is arranged on the inner diameter side in contact with the stator 9, and is made of a metal material with high thermal conductivity (for example, aluminum, copper, iron, etc.). The heat insulating layer 12b is arranged on the outer diameter side and is made of a heat insulating material (for example, an insulating material such as resin) having a low thermal conductivity. Note that the lid 12 may be entirely made of an insulating member (non-conductive member) such as resin.

磁気リング8とステータ9とで発電機Gが構成される。発電機Gは、クローポール発電機である。軸受Bは、たとえば、転動体4を玉とした深溝玉軸受であり、ここでは内輪3を回転輪とし、外輪2を固定輪とした内輪回転タイプを一例として説明する。 A generator G is composed of the magnetic ring 8 and the stator 9 . Generator G is a claw pole generator. The bearing B is, for example, a deep groove ball bearing having rolling elements 4 as balls. Here, an inner ring rotating type in which the inner ring 3 is a rotating ring and the outer ring 2 is a stationary ring will be described as an example.

磁気リング8は、芯金8aと多極磁石8bとを含み、内輪(回転輪)3に固定される。多極磁石8bは、たとえば磁性粉とゴムとを混練した磁性材料を芯金8aに加硫接着してから、N極とS極とを周方向に交互に着磁したものである。 The magnetic ring 8 includes a metal core 8 a and multipolar magnets 8 b and is fixed to the inner ring (rotating ring) 3 . The multipolar magnet 8b is obtained by vulcanizing and adhering a magnetic material, for example, kneading magnetic powder and rubber to the core metal 8a, and then alternately magnetizing N poles and S poles in the circumferential direction.

ステータ9は、2つの同じ形状の磁性体リング部材13(13-1,13-2)と、ボビン14とコイル15とを含む。ボビン14には、コイル15の巻線が周方向に複数回巻かれている。ここではボビン14を使用する例を示すが、ボビン14を使用しない空芯コイルを使用してステータ9を構成してもよい。 The stator 9 includes two identically shaped magnetic ring members 13 (13-1, 13-2), a bobbin 14 and a coil 15. As shown in FIG. The winding of the coil 15 is wound around the bobbin 14 a plurality of times in the circumferential direction. Although an example using the bobbin 14 is shown here, the stator 9 may be configured using an air-core coil that does not use the bobbin 14 .

回路基板10には、発電機Gで生成される交流電力を整流して直流に変える電源回路16と、軸受Bの状態を監視するセンサ17と、センサ17の出力を無線で外部に送信するワイヤレス通信回路20とが実装される。センサ17は、温度センサ18と、加速度センサ19とを含む。温度センサ18は、軸受Bに近い位置に配置できるよう、回路基板10の裏面に実装される。温度センサ18は、外環7の端面に設けた凹部7a(溝または孔)に挿入される。 The circuit board 10 includes a power supply circuit 16 that rectifies the AC power generated by the generator G and converts it to DC, a sensor 17 that monitors the state of the bearing B, and a wireless circuit that transmits the output of the sensor 17 to the outside. A communication circuit 20 is implemented. Sensor 17 includes temperature sensor 18 and acceleration sensor 19 . The temperature sensor 18 is mounted on the back surface of the circuit board 10 so that it can be arranged at a position close to the bearing B. As shown in FIG. The temperature sensor 18 is inserted into a recess 7a (groove or hole) provided in the end face of the outer ring 7. As shown in FIG.

コイル15の巻き始めと巻き終わりの図示しない各端部は、蓋12の側面に設けた溝12cと断熱部11の外周に設けた溝11cとを経由して回路基板10に接続される。内輪3が回転することによって発電機Gから出力される交流電力は、電源回路16で直流に変換される。回路基板10の表面には、樹脂等の保護膜が塗布されてもよい。 The winding start and winding end portions (not shown) of the coil 15 are connected to the circuit board 10 via a groove 12c provided on the side surface of the lid 12 and a groove 11c provided on the outer periphery of the heat insulating portion 11. FIG. AC power output from the generator G as the inner ring 3 rotates is converted into DC power by the power supply circuit 16 . A protective film such as resin may be applied to the surface of the circuit board 10 .

ワイヤレス通信回路20を実装した回路基板10は、断熱部11と対向して配置される。断熱部11として熱伝導率が低い樹脂などの絶縁体(非導電性材料)を使用し、蓋12の外周面に形成される断熱層12bに絶縁体材料を使用することで、外環7とステータ9との間には、円筒状の絶縁体が形成される。これにより、ワイヤレス通信回路20は、金属などの導電性材料で密閉されない構造となるので、アンテナ部20aを用いて無線通信が可能となる。なお、ワイヤレス通信回路20を別基板(図示なし)として形成し、蓋12とステータ9との間に配置してもよい。この場合、蓋12において、ワイヤレス通信回路20のアンテナ部20aと対向する部分の材料は、絶縁部材にするのが好ましい。 The circuit board 10 on which the wireless communication circuit 20 is mounted is arranged to face the heat insulation section 11 . By using an insulator (non-conductive material) such as resin with low thermal conductivity as the heat insulating part 11 and using an insulating material for the heat insulating layer 12b formed on the outer peripheral surface of the lid 12, the outer ring 7 and A cylindrical insulator is formed between it and the stator 9 . As a result, the wireless communication circuit 20 has a structure that is not sealed with a conductive material such as metal, so wireless communication is possible using the antenna section 20a. Alternatively, the wireless communication circuit 20 may be formed as a separate substrate (not shown) and arranged between the lid 12 and the stator 9 . In this case, the material of the portion of the lid 12 facing the antenna portion 20a of the wireless communication circuit 20 is preferably an insulating member.

発電機Gのステータ9は、断熱部11により外環7などの金属部材とは熱的に絶縁される。内輪3に固定された磁気リング8が回転して発電する際に発生するステータ9の鉄損等による発熱は、直接、軸受B側に熱伝導しない。このため、軸受Bの回転に伴う発熱のみを温度センサ18で検出することができる。 The stator 9 of the generator G is thermally insulated from metal members such as the outer ring 7 by the heat insulating portion 11 . When the magnetic ring 8 fixed to the inner ring 3 rotates to generate electricity, the heat generated by the iron loss of the stator 9 is not directly conducted to the bearing B side. Therefore, only the heat generated by the rotation of the bearing B can be detected by the temperature sensor 18 .

軸受Bにおいて磁気リング8が固定される側には、シール6が配置されていない。しかしながら、磁気リング8とステータ9を覆う蓋12が設けられ、部品間隙間が狭くなっているため、ラビリンスシール(非接触シール)構造となり、異物等の侵入を防止することができる。 The seal 6 is not arranged on the side of the bearing B to which the magnetic ring 8 is fixed. However, since the lid 12 is provided to cover the magnetic ring 8 and the stator 9, and the gap between the parts is narrowed, a labyrinth seal (non-contact seal) structure is provided, which can prevent foreign matter from entering.

蓋12は、熱伝導率が高い放熱部12aと、その外周に熱伝導率が低い断熱層12bとを有する2層構造に形成されている。蓋12には、ステータ9を冷却するための放熱部12aの体積および表面積を大きくするために、磁気リング8の芯金8aの内径側に回り込む折り返し部12dが設けられている。折り返し部12dにより、蓋12のシール性が向上する。 The lid 12 is formed in a two-layer structure having a heat radiating portion 12a with high thermal conductivity and a heat insulating layer 12b with low thermal conductivity around its periphery. The cover 12 is provided with a folded portion 12d that wraps around the inner diameter side of the metal core 8a of the magnetic ring 8 in order to increase the volume and surface area of the heat radiating portion 12a for cooling the stator 9. As shown in FIG. The sealing performance of the lid 12 is improved by the folded portion 12d.

ステータ9の端面は、放熱部12aと当接しているため、ステータ9によって生じた熱を放熱部12aで効率的に外部に放熱することができる。断熱層12bは、放熱部12aの温度が、外環7に直接伝わらないようにするので、ステータ9によって生じた熱が軸受Bに影響しないようにすることができる。放熱部12aの外側面に図示しない溝を形成して表面積を増やすことによって、放熱性をさらに向上させることができる。 Since the end surface of the stator 9 is in contact with the heat radiating portion 12a, the heat generated by the stator 9 can be efficiently radiated to the outside by the heat radiating portion 12a. The heat insulating layer 12b prevents the temperature of the heat radiating portion 12a from being directly transmitted to the outer ring 7, so that the heat generated by the stator 9 can be prevented from affecting the bearing B. By forming grooves (not shown) on the outer surface of the heat radiating portion 12a to increase the surface area, heat radiation can be further improved.

図2は、発電機Gの概略構成を示す図である。発電機Gは、クローポール型発電機である。磁気ロータは、リング状の多極磁石8bにより構成される。ステータ9は、コイル15とそれを取り囲む磁気ヨークにより構成される。磁気ヨークは、磁性体リング部材13(13-1,13-2)によって構成される。多極磁石8bのN極から出た磁束は、磁極である爪13bから磁気ヨークに入り、コイルの周りを回って隣接する爪13bより多極磁石8bのS極に入る。磁気ロータの回転角度によって多極磁石8bのN極とS極との位置が入れ替わると磁束の向きが逆になる。このようにして発生する交番磁界により、コイル15の両端に交流電圧が発生する。 FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the generator G. As shown in FIG. Generator G is a claw pole generator. The magnetic rotor is composed of a ring-shaped multipolar magnet 8b. The stator 9 is composed of a coil 15 and a magnetic yoke surrounding it. The magnetic yoke is composed of magnetic ring members 13 (13-1, 13-2). The magnetic flux emitted from the N pole of the multipolar magnet 8b enters the magnetic yoke from the magnetic pole claw 13b, goes around the coil, and enters the S pole of the multipolar magnet 8b from the adjacent claw 13b. When the positions of the N pole and the S pole of the multipolar magnet 8b are switched depending on the rotation angle of the magnetic rotor, the direction of the magnetic flux is reversed. An alternating voltage is generated across the coil 15 by the alternating magnetic field thus generated.

図3および図4を用いて、ステータ9の構造を説明する。図3は、同じ形状の磁性体リング部材13を2つ対向配置した状態を示す図である。実際には、2つの磁性体リング部材13-1,13-2で挟まれる空間にはコイル15を巻いたボビン14が収納されるが、説明を容易にするために、ここではコイル15を巻いたボビン14は省略されている。図4は、2つの磁性体リング部材13を嵌合した状態を示す図である。 The structure of the stator 9 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. FIG. 3 is a diagram showing a state in which two magnetic ring members 13 having the same shape are arranged facing each other. Actually, the space sandwiched between the two magnetic ring members 13-1 and 13-2 accommodates the bobbin 14 around which the coil 15 is wound. The bobbin 14 used is omitted. FIG. 4 is a diagram showing a state in which two magnetic ring members 13 are fitted together.

磁性体リング部材13(13-1,13-2)の内周端には、軸に向けて開口する溝13aと爪13bとが交互に櫛歯状に形成される。磁性体リング部材13(13-1,13-2)の端面13fには、凹部13cと凸部13dが形成される。磁性体リング部材13では、同一形状の2つの磁性体リング部材13-1と磁性体リング部材13-2とを対向させ、爪13bが交互に配置するようにしたときに、一方の磁性体リング部材13-1の凹部13cに対して他方の磁性体リング部材13-2の凸部13dが配置されるように設計されることで凹部13cと凸部13dとが係合する。 At the inner peripheral end of the magnetic ring member 13 (13-1, 13-2), grooves 13a and claws 13b opening toward the shaft are alternately formed in a comb shape. A concave portion 13c and a convex portion 13d are formed on the end face 13f of the magnetic ring member 13 (13-1, 13-2). In the magnetic ring member 13, when two magnetic ring members 13-1 and 13-2 having the same shape are opposed to each other and the claws 13b are arranged alternately, one magnetic ring The concave portion 13c and the convex portion 13d are engaged by designing such that the convex portion 13d of the other magnetic ring member 13-2 is arranged with respect to the concave portion 13c of the member 13-1.

各磁性体リング部材13に設けられた爪13bが交互に配置されるように、各磁性体リング部材13の端面13fに設けた凹部13cと凸部13dとが嵌合される。このようにすれば、各磁性体リング部材13の爪13bと爪13bとの隙間が均一になるように配置することが容易になる。また、凹部13cと凸部13dとが周方向に複数配置されているため、磁性体リング部材13同士が周方向にずれることなく、位置を固定することができる。 The concave portions 13c and the convex portions 13d provided on the end face 13f of each magnetic ring member 13 are fitted so that the claws 13b provided on each magnetic ring member 13 are alternately arranged. By doing so, it becomes easy to dispose the magnetic ring members 13 so that the gaps between the claws 13b and the claws 13b of the magnetic ring members 13 are uniform. Further, since a plurality of concave portions 13c and convex portions 13d are arranged in the circumferential direction, the positions of the magnetic ring members 13 can be fixed without being displaced in the circumferential direction.

なお、磁気リング8のN極とS極との着磁極数および磁極ピッチは等しい。また、磁性体リング部材13の側面に設けた穴13eは、コイル15の端部を外部に引き出すために使用される。 The N pole and S pole of the magnetic ring 8 have the same number of magnetized poles and the same magnetic pole pitch. A hole 13e provided in the side surface of the magnetic ring member 13 is used to pull out the end of the coil 15 to the outside.

図1に示す軸受装置1は、軸受Bに近い位置に回路基板10が固定されている。このため、軸受装置1は、回路基板10に実装した加速度センサ19により、軸受Bが原因で発生する振動による加速度を、当該振動が減衰する前に測定することができる。そして、測定した加速度に基づく異常診断において、減衰の少ない信号を用いて診断ができるため、軸受Bの異常を正確に診断することが可能となる。 A circuit board 10 is fixed at a position near the bearing B in the bearing device 1 shown in FIG. Therefore, the bearing device 1 can measure the acceleration caused by the vibration caused by the bearing B by using the acceleration sensor 19 mounted on the circuit board 10 before the vibration attenuates. In the abnormality diagnosis based on the measured acceleration, the diagnosis can be made using a signal with little attenuation, so that the abnormality of the bearing B can be accurately diagnosed.

軸受装置1は、ステータ9と外環7とが断熱部11により熱的に絶縁されている。このため、軸受装置1は、ステータ9で発生する熱の影響を受けず、回路基板10に実装した温度センサ18により、軸受Bの温度上昇を正確に監視することができる。軸受装置1には、ステータ9の外側端面と当接する部分に熱伝導率に優れ放熱性が良好な放熱部12aを有する蓋12が設けられているため、ステータ9で生じた熱を外部に効果的に放出することができる。軸受装置1の蓋12には、放熱部12aの外周に熱伝導率が低く断熱性に優れる絶縁体からなる断熱層12bが設けられているため、放熱部12aの温度が外環7に直接伝わらないようにし、ステータ9で生じた熱が軸受Bに影響しないようにすることができる。 In the bearing device 1 , the stator 9 and the outer ring 7 are thermally insulated by the heat insulating portion 11 . Therefore, the temperature sensor 18 mounted on the circuit board 10 can accurately monitor the temperature rise of the bearing B without being affected by the heat generated by the stator 9 . The bearing device 1 is provided with a lid 12 having a heat radiating portion 12a with excellent heat conductivity and good heat dissipation at a portion that abuts on the outer end face of the stator 9. Therefore, the heat generated in the stator 9 is effectively dissipated to the outside. can be released The lid 12 of the bearing device 1 is provided with a heat insulating layer 12b made of an insulating material with low thermal conductivity and excellent heat insulation on the outer periphery of the heat radiating portion 12a. It is possible to prevent the heat generated in the stator 9 from affecting the bearing B.

センサ出力をワイヤレスで通信する場合、ワイヤレス通信回路20を実装した回路基板10において、少なくともアンテナ部20aは、軸方向にステータ9と重ならない位置で断熱部11と対向させるのが好ましい。断熱部11、断熱層12bに樹脂などの絶縁体(非導電性材料)を用いることにより、外環7とステータ9との間にリング状の絶縁体の層が形成される。絶縁体の層として電波を通すものを用いることにより、ワイヤレス通信回路20は、金属などの導電性材料で密閉されない構造となり、無線通信が可能になる。 When the sensor output is wirelessly communicated, it is preferable that at least the antenna portion 20a of the circuit board 10 on which the wireless communication circuit 20 is mounted face the heat insulating portion 11 at a position that does not overlap the stator 9 in the axial direction. A ring-shaped insulating layer is formed between the outer ring 7 and the stator 9 by using an insulating material (non-conductive material) such as resin for the heat insulating portion 11 and the heat insulating layer 12b. By using an insulator layer that allows radio waves to pass through, the wireless communication circuit 20 has a structure that is not sealed with a conductive material such as metal, thereby enabling wireless communication.

たとえば、ワイヤレス通信回路20の通信規格としてBluetooth Low Energy(登録商標)(周波数2.4GHz、波長λ 約125mm)を用いた場合、λ/2以上の絶縁体の隙間があれば、軸受装置1の外部に電波を放射することができる。 For example, when Bluetooth Low Energy (registered trademark) (frequency of 2.4 GHz, wavelength λ of about 125 mm) is used as the communication standard of the wireless communication circuit 20, if there is an insulator gap of λ/2 or more, the bearing device 1 Radio waves can be emitted to the outside.

軸受装置1では、発電機Gとしてクローポール発電機を例として説明したが、これ以外の発電機を用いても構わない。 In the bearing device 1, the claw-pole generator was described as an example of the generator G, but other generators may be used.

軸受装置1において、ステータ9と対向する磁気リング8の表面を断熱コーティングすることによって、ステータ9からの放射熱による温度上昇を抑え、内輪3に熱が伝達されることを抑制してもよい。 In the bearing device 1 , a heat insulating coating may be applied to the surface of the magnetic ring 8 facing the stator 9 to suppress temperature rise due to radiant heat from the stator 9 and to suppress heat transfer to the inner ring 3 .

軸受装置1は、軸受Bの外輪2を回転部材に固定し、内輪3を静止部材に固定してもよい。軸受装置1は、軸受Bの外輪2の内径面に外環7を固定する代わりに、外輪2の端部を軸方向に伸ばして、外環7を省略した構成としてもよい。 In the bearing device 1, the outer ring 2 of the bearing B may be fixed to the rotating member and the inner ring 3 may be fixed to the stationary member. Instead of fixing the outer ring 7 to the inner diameter surface of the outer ring 2 of the bearing B, the bearing device 1 may have a configuration in which the end portion of the outer ring 2 is extended in the axial direction and the outer ring 7 is omitted.

[実施の形態1の変形例1]
図5から図7は、実施形態1の変形例1の軸受装置1Aを説明する図である。図5は、実施の形態1の変形例1の軸受装置1Aの断面図である。図6は、図5のVI-VI断面における断面図である。なお、図を分かり易くするため、ボビン14は二点鎖線で表され、コイル15は省略されている。図7は、ステータ9Aの形状を説明する斜視図である。
[Modification 1 of Embodiment 1]
5 to 7 are diagrams illustrating a bearing device 1A of Modification 1 of Embodiment 1. FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of a bearing device 1A of Modification 1 of Embodiment 1. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 5. FIG. In order to make the drawing easier to understand, the bobbin 14 is represented by a two-dot chain line, and the coil 15 is omitted. FIG. 7 is a perspective view explaining the shape of the stator 9A.

図5に示す軸受装置1Aにおいては、センサ17を実装した回路基板10を軸受Bに近接して配置できるように、外環7の端面に回路基板10が固定される。固定方法としては、ねじ止めや接着剤等を採用できる。変形例1では、接着剤による固定を採用しているため、小スペースで固定することができる。 In the bearing device 1A shown in FIG. 5, the circuit board 10 is fixed to the end surface of the outer ring 7 so that the circuit board 10 mounted with the sensor 17 can be arranged close to the bearing B. As shown in FIG. As a fixing method, screws, an adhesive, or the like can be used. Since the modification 1 employs fixing with an adhesive, it can be fixed in a small space.

断熱部11Aは、図5に示すように、断面がL字形状である。断熱部11Aは、図6に示すように、周上の一部には回路基板10との干渉を避けるため切欠き部11Adが形成されたC型形状でもある。切欠き部11Adは、図6のCの範囲である。隔壁11Aaは、断熱部11Aの一部であり、外環7の端面に当接すように配置される。図6に示すように、回路基板10は、軸方向から見たときに断熱部11Aの切欠き部11Adの領域内に配置される。 As shown in FIG. 5, the heat insulating portion 11A has an L-shaped cross section. As shown in FIG. 6, the heat insulating portion 11A also has a C-shape in which a notch portion 11Ad is formed on a part of the circumference to avoid interference with the circuit board 10. As shown in FIG. The notch 11Ad is the range of C in FIG. The partition wall 11Aa is a part of the heat insulating portion 11A and is arranged so as to contact the end surface of the outer ring 7 . As shown in FIG. 6, the circuit board 10 is arranged in the region of the notch portion 11Ad of the heat insulating portion 11A when viewed from the axial direction.

図7に示すように、ステータ9Aは、回路基板10と干渉しないように、磁性体リング部材13A(13A-1,13A-2)の一部が削除されている。除去部9A1がある構造であり、ボビン14が露出した状態である。除去部9A1は、図6のRの範囲である。 As shown in FIG. 7, in the stator 9A, part of the magnetic ring member 13A (13A-1, 13A-2) is removed so as not to interfere with the circuit board . The structure has a removed portion 9A1, and the bobbin 14 is exposed. The removed portion 9A1 is the range of R in FIG.

図6に示すように、断熱部11Aの切欠き部11Adの範囲Cは、ステータ9Aの除去部9A1の範囲Rよりも小さい。この場合、磁性体リング部材13Aと回路基板10とが直接対向することがないため、磁性体リング部材13Aから回路基板10へ伝達される放射熱を抑制できる。除去部9A1では、ボビン14と回路基板10とが対向する。ボビン14の材料には、樹脂等の熱伝導率が比較的低い絶縁体を用いている。これにより、コイル15で発生した熱が、回路基板10に直接放射されることを抑制できる。 As shown in FIG. 6, the range C of the cutout portion 11Ad of the heat insulating portion 11A is smaller than the range R of the removed portion 9A1 of the stator 9A. In this case, since the magnetic ring member 13A and the circuit board 10 do not directly face each other, radiant heat transmitted from the magnetic ring member 13A to the circuit board 10 can be suppressed. In the removing portion 9A1, the bobbin 14 and the circuit board 10 face each other. The bobbin 14 is made of an insulator such as resin having a relatively low thermal conductivity. Thereby, the heat generated by the coil 15 can be suppressed from being directly radiated to the circuit board 10 .

ステータ9Aの外側端面には、蓋12が配置される。蓋12は、外環7の内径面に固定される。蓋12は、放熱部12aおよび断熱層12bを有する二層構造に形成される。放熱部12aにおいては、ステータ9Aの外側端面と当接する部分に配置され、優れた熱伝導率および良好な放熱性を有している。断熱層12bは、放熱部12aの外周に配置されており、熱伝導率が低く、優れた断熱性を有している。ステータ9Aの端面は、放熱部12aと当接しているため、ステータ9Aで生じた熱を放熱部12aによって効率的に外部に放熱することができる。断熱層12bによって、放熱部12aの温度は、外環7に直接伝わらない構成となっているので、ステータ9Aで生じた熱が軸受Bに影響しないようにすることができる。 A lid 12 is arranged on the outer end surface of the stator 9A. The lid 12 is fixed to the inner diameter surface of the outer ring 7 . The lid 12 is formed in a two-layer structure having a heat radiation portion 12a and a heat insulation layer 12b. The heat radiating portion 12a is arranged in a portion that abuts on the outer end face of the stator 9A, and has excellent thermal conductivity and good heat radiation. The heat insulating layer 12b is arranged on the outer periphery of the heat radiating portion 12a, and has low thermal conductivity and excellent heat insulating properties. Since the end face of the stator 9A is in contact with the heat radiating portion 12a, the heat generated in the stator 9A can be efficiently radiated to the outside by the heat radiating portion 12a. Since the temperature of the heat radiating portion 12a is not directly transmitted to the outer ring 7 by the heat insulating layer 12b, the heat generated in the stator 9A can be prevented from affecting the bearing B.

軸受装置1Aのような構造であれば、回路基板10に実装したワイヤレス通信回路20と対向する外側の近傍には導電性部材が配置されていないため、外部への電波の放射が可能であり、ワイヤレス通信を実行することが可能となる。実施形態1の変形例1の軸受装置1Aは、ステータ9Aを軸受Bにより近づけた配置ができるため、外環7の軸方向幅を短くすることができ、実施の形態1と同様の効果に加えて、軸受装置1Aの小型化を実現することができる。 With the structure of the bearing device 1A, since no conductive member is arranged near the outer side facing the wireless communication circuit 20 mounted on the circuit board 10, it is possible to radiate radio waves to the outside. It becomes possible to perform wireless communication. In the bearing device 1A of Modified Example 1 of Embodiment 1, the stator 9A can be arranged closer to the bearing B, so that the axial width of the outer ring 7 can be shortened. Therefore, the size reduction of the bearing device 1A can be realized.

[実施の形態1の変形例2]
前述の軸受装置1、1Aは、単列の軸受を用いた構成であった。軸受装置1、1Aは、スピンドル装置などに用いられる複数列の軸受を用いた軸受装置に適用することも可能である。図8および図9は、スピンドル装置50の軸受装置90に本開示の構成を適用した実施形態1の変形例2を説明する図である。図8は、実施の形態1の変形例2の概略構成を示す断面図である。図9は、図8の主要部Sの拡大図を示す図であり、主として軸受装置90が示される。
[Modification 2 of Embodiment 1]
The bearing devices 1 and 1A described above were configured using single-row bearings. The bearing devices 1 and 1A can also be applied to a bearing device using multiple rows of bearings used in a spindle device or the like. FIGS. 8 and 9 are diagrams for explaining Modification 2 of Embodiment 1 in which the configuration of the present disclosure is applied to bearing device 90 of spindle device 50. FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of Modification 2 of Embodiment 1. As shown in FIG. FIG. 9 is an enlarged view of the main part S of FIG. 8, mainly showing the bearing device 90. As shown in FIG.

図8に示すスピンドル装置50は、たとえば、工作機械のビルトインモータ方式のスピンドル装置として使用される。この場合、工作機械主軸用のスピンドル装置50で支持されている主軸51の一端側にはモータ52が組み込まれ、他端側には図示しないエンドミル等の切削工具が接続される。 A spindle device 50 shown in FIG. 8 is used, for example, as a built-in motor type spindle device for a machine tool. In this case, a motor 52 is incorporated at one end of a main shaft 51 supported by a spindle device 50 for a machine tool main shaft, and a cutting tool such as an end mill (not shown) is connected to the other end.

図8、図9を参照して、スピンドル装置50は、軸受53(53a,53b)と、軸受53a,53bに隣接して配置される間座54と、モータ52と、軸受55とを備える。主軸51は、外筒56の内径部に埋設されたハウジング57に設けた複数の軸受53a,53bによって回転自在に支持される。軸受53aは、内輪53iaと、外輪53gaと、転動体Taと、保持器Rtaとを含む。軸受53bは、内輪53ibと、外輪53gbと、転動体Tbと、保持器Rtbとを含む。間座54は、内輪間座54iと、外輪間座54gとを含む。ワイヤレス通信については後述する。ワイヤレス通信を可能にするため、転動体Ta、Tbの材質は、絶縁体であるセラミックとし、保持器Rta、Rtbには樹脂を用いるのが好ましい。 8 and 9, the spindle device 50 includes a bearing 53 (53a, 53b), a spacer 54 arranged adjacent to the bearings 53a, 53b, a motor 52, and a bearing 55. As shown in FIG. The main shaft 51 is rotatably supported by a plurality of bearings 53 a and 53 b provided in a housing 57 embedded in the inner diameter of the outer cylinder 56 . The bearing 53a includes an inner ring 53ia, an outer ring 53ga, rolling elements Ta, and a retainer Rta. The bearing 53b includes an inner ring 53ib, an outer ring 53gb, rolling elements Tb, and a retainer Rtb. The spacer 54 includes an inner ring spacer 54i and an outer ring spacer 54g. Wireless communication will be discussed later. In order to enable wireless communication, it is preferable that the rolling elements Ta and Tb be made of ceramic, which is an insulator, and the retainers Rta and Rtb be made of resin.

主軸51には、軸方向に離隔した軸受53aの内輪53iaおよび軸受53bの内輪53ibが締まり嵌め状態(圧入状態)で嵌合されている。内輪53iaと内輪53ibとの間には内輪間座54iが配置され、外輪53gaと内輪53gbとの間には外輪間座54gが配置される。 An inner ring 53ia of a bearing 53a and an inner ring 53ib of a bearing 53b, which are spaced apart in the axial direction, are fitted to the main shaft 51 in an interference fit state (press fit state). An inner ring spacer 54i is arranged between the inner ring 53ia and the inner ring 53ib, and an outer ring spacer 54g is arranged between the outer ring 53ga and the inner ring 53gb.

軸受53a,53bは、後述するように軸方向の力で予圧を付与することが可能な軸受であり、アンギュラ玉軸受、深溝玉軸受、またはテーパころ軸受等を用いることができる。図8、図9に示す軸受装置90には、アンギュラ玉軸受が用いられ、2個の軸受53a,53bが背面組み合わせ(DB組み合わせ)で設置されている。 As will be described later, the bearings 53a and 53b are bearings that can be preloaded by an axial force, and angular ball bearings, deep groove ball bearings, tapered roller bearings, or the like can be used. Angular ball bearings are used in the bearing device 90 shown in FIGS. 8 and 9, and two bearings 53a and 53b are installed in a back-to-back combination (DB combination).

外輪間座54gは、軸方向に第1外輪間座54g1と第2外輪間座54g2とに2分割される。第1外輪間座54g1と第2外輪間座54g2との間には、発電機Gのステータ9が固定される。内輪間座54iの外周面には、磁気リング8が固定される。図2と同様に、発電機Gは、ステータ9の爪13bと磁気リング8の多極磁石8bとが隙間を開けて対向するように配置される構成である。発電機Gは、クローポール発電機である。ここでは、外輪間座54gを2分割した構造を説明したが、分割しない構造であってもよい。 The outer ring spacer 54g is axially divided into a first outer ring spacer 54g1 and a second outer ring spacer 54g2. A stator 9 of the generator G is fixed between the first outer ring spacer 54g1 and the second outer ring spacer 54g2. A magnetic ring 8 is fixed to the outer peripheral surface of the inner ring spacer 54i. As in FIG. 2, the generator G is arranged such that the claws 13b of the stator 9 and the multipolar magnets 8b of the magnetic ring 8 face each other with a gap therebetween. Generator G is a claw pole generator. Here, a structure in which the outer ring spacer 54g is divided into two has been described, but a structure in which the outer ring spacer 54g is not divided may also be used.

磁気リング8は、芯金8aと多極磁石8bとを含む。多極磁石8bは、たとえば磁性粉とゴムを混錬した磁性材料を芯金8aに加硫接着してから、N極とS極を交互に着磁したものであり、内輪間座54iに固定される。ステータ9は、2つの同じ形状の磁性体リング部材13(13-1,13-2)と、ボビン14と、コイル15とを含む。ボビン14には、コイル15の巻線が周方向に複数回巻かれている。変形例2ではボビン14を使用する例を示すが、ボビン14を使用しない空芯コイルを使用してもよい。 The magnetic ring 8 includes a metal core 8a and a multipolar magnet 8b. The multipolar magnet 8b is formed by vulcanizing and adhering a magnetic material, for example, kneading magnetic powder and rubber to the core metal 8a, and then alternately magnetizing the N pole and the S pole, and is fixed to the inner ring spacer 54i. be done. The stator 9 includes two identically shaped magnetic ring members 13 (13-1, 13-2), a bobbin 14, and a coil 15. As shown in FIG. The winding of the coil 15 is wound around the bobbin 14 a plurality of times in the circumferential direction. Modification 2 shows an example using the bobbin 14, but an air-core coil that does not use the bobbin 14 may be used.

ステータ9と外輪間座54gとの間には、断熱部71(71a、71b)が設けられている。軸受装置90は、鉄損などによるステータ9で生じた熱が、外輪間座54gに直接熱伝導しない構造とされる。軸受装置90においては、ステータ9の一方の側面に接するように熱伝導率の良い円筒状の放熱部72が挿入されている。放熱部72によって、ステータ9で生じた熱を外部に効率よく放熱することができる。ステータ9と放熱部72とは、断面L字状の第1断熱部71aの内径面に配置される。放熱部72と第2外輪間座54g2の側面との間には、第2断熱部71bが配置されている。 A heat insulating portion 71 (71a, 71b) is provided between the stator 9 and the outer ring spacer 54g. The bearing device 90 has a structure in which heat generated in the stator 9 due to iron loss or the like is not directly conducted to the outer ring spacer 54g. In the bearing device 90 , a cylindrical heat radiating portion 72 having good thermal conductivity is inserted so as to come into contact with one side surface of the stator 9 . Heat generated by the stator 9 can be efficiently radiated to the outside by the heat radiation portion 72 . The stator 9 and the heat radiating portion 72 are arranged on the inner diameter surface of the first heat insulating portion 71a having an L-shaped cross section. A second heat insulating portion 71b is arranged between the heat radiating portion 72 and the side surface of the second outer ring spacer 54g2.

外輪間座54gとステータ9とは、断熱部71(71a、71b)により熱的に絶縁された構造である。放熱部72の内径面には、凹凸部72aが形成されている。放熱部72は、凹凸部72aにより表面積が増加することで放熱性が向上する。放熱部72に対しステータ9の反対側に、さらに放熱部が配置されるようにしてもよい。放熱部72には、冷却媒体を通過させることのできる流路(図示せず)を設けてもよい。放熱部72の流路に軸受冷却用エアを流すことによって、軸受装置90の放熱性をより一層向上させることができる。 The outer ring spacer 54g and the stator 9 are thermally insulated by the heat insulating portion 71 (71a, 71b). An uneven portion 72 a is formed on the inner diameter surface of the heat radiating portion 72 . The heat radiation portion 72 has an increased surface area due to the uneven portion 72a, thereby improving the heat radiation performance. A heat radiating portion may be arranged on the opposite side of the stator 9 with respect to the heat radiating portion 72 . The heat radiation part 72 may be provided with a flow path (not shown) through which a cooling medium can pass. By flowing the bearing cooling air through the flow path of the heat radiating portion 72, the heat radiating performance of the bearing device 90 can be further improved.

第1外輪間座54g1の端面には、溝54g1aが形成される。溝54g1aの内部には、回路基板10が実装される。回路基板10には、発電機Gで生成される交流電力を整流して直流に変える電源回路16と、軸受装置90の状態を監視するセンサ17と、センサ17の出力を無線で外部に送信するワイヤレス通信回路20とが実装されている。コイル15の端部15aと端部15bとは、第1断熱部71aの孔71a1、および第1外輪間座54g1の孔54g1bを通して回路基板10に接続される。なお、孔71a1、孔54g1bは、配線後にシール材を用いて密封し、回路基板10側にオイル等が侵入するのを防止するのが好ましい。 A groove 54g1a is formed in the end surface of the first outer ring spacer 54g1. The circuit board 10 is mounted inside the groove 54g1a. The circuit board 10 includes a power supply circuit 16 that rectifies the AC power generated by the generator G and converts it to DC, a sensor 17 that monitors the state of the bearing device 90, and a sensor 17 that transmits the output of the sensor 17 wirelessly to the outside. A wireless communication circuit 20 is mounted. The ends 15a and 15b of the coil 15 are connected to the circuit board 10 through the hole 71a1 of the first heat insulating portion 71a and the hole 54g1b of the first outer ring spacer 54g1. The holes 71a1 and 54g1b are preferably sealed with a sealing material after wiring to prevent oil or the like from entering the circuit board 10 side.

主軸51が回転することによって電機Gから出力される交流電力は、電源回路16で直流に変換される。回路基板10を保護する保護部材としての蓋73は、樹脂等の非金属(非導電性部材)の絶縁体で形成され、溝54g1aに固定される。なお、軸受装置90は、蓋73の代わりに、回路基板10を含めて溝54g1a内を樹脂モールド材料で密封してもよい。 AC power output from the electric machine G as the main shaft 51 rotates is converted into DC power by the power supply circuit 16 . A lid 73 as a protective member for protecting the circuit board 10 is formed of a non-metal (non-conductive member) insulator such as resin, and is fixed to the groove 54g1a. Note that the bearing device 90 may seal the inside of the groove 54g1a including the circuit board 10 with a resin mold material instead of the lid 73. FIG.

センサ17として、温度センサ18、加速度センサ19、荷重センサ21などが必要に応じて実装される。各センサ出力は、ワイヤレス通信回路20を用いて、ワイヤレスで外部に送信される。 As the sensor 17, a temperature sensor 18, an acceleration sensor 19, a load sensor 21, etc. are mounted as required. Each sensor output is wirelessly transmitted to the outside using the wireless communication circuit 20 .

単列の転がり軸受55は、円筒ころ軸受である。アンギュラ玉軸受である軸受53a,53bは、スピンドル装置50に作用するラジアル方向の荷重およびアキシアル方向の荷重を支持する。円筒ころ軸受である単列の軸受55は、工作機械主軸用のスピンドル装置50に作用するラジアル方向の荷重を支持する。 The single row rolling bearing 55 is a cylindrical roller bearing. The bearings 53a and 53b, which are angular ball bearings, support the radial and axial loads acting on the spindle device 50. As shown in FIG. A single row bearing 55, which is a cylindrical roller bearing, supports the radial loads acting on the spindle device 50 for the machine tool spindle.

ハウジング57には、冷却媒体流路GVが形成される。冷却媒体流路GVに冷却媒体を流すことにより、軸受53a,53bを冷却することができる。軸受53a,53bとしてグリース潤滑の軸受を用いた場合には、潤滑油供給路は不要であるが、エアーオイル等の潤滑が必要な場合には、外輪間座54gに潤滑油供給路が設けられる。なお、ここでは潤滑油供給路は図示しない。 A cooling medium flow path GV is formed in the housing 57 . The bearings 53a and 53b can be cooled by flowing the cooling medium through the cooling medium flow path GV. When grease-lubricated bearings are used as the bearings 53a and 53b, no lubricating oil supply path is required. . Note that the lubricating oil supply path is not shown here.

組立時には、初めに主軸51に対して前蓋60、軸受53a、間座54、軸受53b、間座58が順に挿入され、ナット59を締めることによって初期予圧が与えられる。その後、図9における軸受53bの外輪53gbの右側がハウジング57に設けた段差部57aに当たるまで、軸受53a,53bが取り付けられた主軸51がハウジング57に挿入される。最後に、前蓋60によって、左側の軸受53aの外輪53gaを押すことで主軸51がハウジング57に固定される。 When assembling, the front cover 60, the bearing 53a, the spacer 54, the bearing 53b, and the spacer 58 are first inserted into the main shaft 51 in this order, and an initial preload is applied by tightening the nut 59. As shown in FIG. Thereafter, the main shaft 51 to which the bearings 53a and 53b are attached is inserted into the housing 57 until the right side of the outer ring 53gb of the bearing 53b in FIG. Finally, the main shaft 51 is fixed to the housing 57 by pushing the outer ring 53ga of the left bearing 53a with the front cover 60 .

ナット59を締め付けることにより間座58を介して軸受53bの内輪53ibの端面に力が作用し、内輪53ibが内輪間座54iに向けて押圧される。この力は、内輪53ib、転動体Tb、外輪53gbと伝わり、内輪53ibおよび外輪53gbの軌道面と転動体Tbとの間に予圧を与えるとともに、外輪53gbから外輪間座54gにも伝わる。 By tightening the nut 59, a force acts on the end surface of the inner ring 53ib of the bearing 53b through the spacer 58, and the inner ring 53ib is pressed toward the inner ring spacer 54i. This force is transmitted to the inner ring 53ib, the rolling elements Tb, and the outer ring 53gb, giving preload between the raceway surfaces of the inner ring 53ib and the outer ring 53gb and the rolling elements Tb, and is also transmitted from the outer ring 53gb to the outer ring spacer 54g.

この力は、軸受53aにおいて、外輪53ga、転動体Ta、内輪53iaへと伝わり、左側の軸受5aの内輪53iaおよび外輪53gaの軌道面と転動体Taとの間にも予圧を与える。軸受53a,53bに付与される予圧は、たとえば外輪間座54gの幅と、内輪間座54iの幅との寸法差によって制限される移動量によって定まる。 This force is transmitted to the outer ring 53ga, the rolling elements Ta, and the inner ring 53ia in the bearing 53a, and also applies preload between the raceway surfaces of the inner ring 53ia and the outer ring 53ga of the left bearing 5a and the rolling elements Ta. The preload applied to the bearings 53a, 53b is determined, for example, by the amount of movement limited by the dimensional difference between the width of the outer ring spacer 54g and the width of the inner ring spacer 54i.

図8に示す単列の軸受55において、内輪55aは、主軸51の外周に嵌合した筒状部材61と内輪押さえ62とにより軸方向に位置決めされている。内輪押さえ62は、主軸51に螺着したナット63により抜け止めされている。軸受55の外輪55bは、端部材64に固定された位置決め部材65と位置決め部材66とに挟まれている。内輪55aは、主軸51の伸縮に応じて一体的に端部材64に対して摺動するようになっている。 In the single-row bearing 55 shown in FIG. 8, the inner ring 55a is axially positioned by a tubular member 61 fitted to the outer periphery of the main shaft 51 and an inner ring retainer 62. As shown in FIG. The inner ring retainer 62 is retained by a nut 63 screwed onto the main shaft 51 . An outer ring 55 b of the bearing 55 is sandwiched between a positioning member 65 and a positioning member 66 fixed to the end member 64 . The inner ring 55a slides integrally with respect to the end member 64 as the main shaft 51 expands and contracts.

主軸51と外筒56との間に形成される空間部67における軸受53bと単列の軸受55とで挟まれた軸方向の中間位置には、主軸51を駆動するモータ52が配置されている。モータ52のロータ68は、主軸51の外周に嵌合した筒状部材61に固定され、モータ52のステータ69は、外筒56の内周部に固定されている。なお、モータ52を冷却するための冷却媒体流路は、ここでは図示しない。 A motor 52 for driving the main shaft 51 is arranged at an axially intermediate position between the bearing 53b and the single-row bearing 55 in the space 67 formed between the main shaft 51 and the outer cylinder 56. . A rotor 68 of the motor 52 is fixed to the cylindrical member 61 fitted to the outer circumference of the main shaft 51 , and a stator 69 of the motor 52 is fixed to the inner circumference of the outer cylinder 56 . A cooling medium flow path for cooling the motor 52 is not shown here.

いままで説明したように、外輪間座54gには、発電機G、電源回路16、センサ17、ワイヤレス通信回路20などが実装された回路基板10が配置される。軸受装置90は、発電した電力を用いて、センサ17の出力を無線で外部に送信することができるため、スピンドル装置50の運転状況を監視することができる。軸受装置90は、各センサ出力から異常有無を回路基板10内で判定し、判定結果をワイヤレスで送信してもよい。 As described above, the circuit board 10 on which the generator G, the power supply circuit 16, the sensor 17, the wireless communication circuit 20 and the like are mounted is arranged on the outer ring spacer 54g. Since the bearing device 90 can wirelessly transmit the output of the sensor 17 to the outside using the generated power, it is possible to monitor the operating status of the spindle device 50 . The bearing device 90 may determine the presence or absence of an abnormality within the circuit board 10 from each sensor output, and wirelessly transmit the determination result.

ワイヤレス通信回路20から発信される電波が、軸受53aの外輪53gaと内輪53iaとの隙間を通過できるようにするために、少なくとも軸受53の転動体Taの材質は、絶縁体であるセラミックとし、保持器Rtaに絶縁体である樹脂を用いるのが好ましい。電波は、その後、主軸51と前蓋60とで形成されるラビリンスシールの隙間70を通過して外部に放出される。なお、ラビリンスシールの構造を簡素化し、隙間70を大きくする方が、電波環境として好ましい。電波に指向性がある場合には、主軸の下方に図示しないワイヤレス送受信器、または中継器を設けるとよい。 In order to allow the radio wave transmitted from the wireless communication circuit 20 to pass through the gap between the outer ring 53ga and the inner ring 53ia of the bearing 53a, at least the material of the rolling elements Ta of the bearing 53 is ceramic, which is an insulator. It is preferable to use resin, which is an insulator, for the container Rta. After that, the radio waves pass through a labyrinth seal gap 70 formed between the main shaft 51 and the front cover 60 and are emitted to the outside. It should be noted that simplifying the structure of the labyrinth seal and enlarging the gap 70 is preferable for the radio wave environment. If radio waves have directivity, a wireless transmitter/receiver (not shown) or repeater may be provided below the main shaft.

スピンドル装置50に実装した発電機Gのステータ9は、断熱部71により外輪間座54gとは熱的に絶縁されている。このため、軸受装置90においては、スピンドル装置50の運転中にステータ9の鉄損等によって生じる熱が外輪間座54gに伝導することが抑制され、軸受53の回転に伴う温度上昇を正確に測定することができる。これにより、軸受53の異常をより正確に検出できる。軸受装置90は、外輪間座54gから配線が引き出されないので、ハウジング57の内径側に配線引き出し用の溝を加工する必要はなく、組立性が向上する。 The stator 9 of the generator G mounted on the spindle device 50 is thermally insulated from the outer ring spacer 54g by the heat insulating portion 71 . Therefore, in the bearing device 90, the heat generated by the iron loss of the stator 9 during operation of the spindle device 50 is suppressed from being conducted to the outer ring spacer 54g. can do. Thereby, the abnormality of the bearing 53 can be detected more accurately. In the bearing device 90, since the wiring is not led out from the outer ring spacer 54g, there is no need to process a groove for drawing out the wiring on the inner diameter side of the housing 57, thereby improving the assembling efficiency.

[電動垂直離着陸機の構成]
近年では、自動車に代わる移動手段として飛行可能な自動車、いわゆる空飛ぶクルマが注目されている。空飛ぶクルマは、地域内移動、地域間移動、観光・レジャー、救急医療、災害救助など、様々な場面での活用を期待されている。
[Configuration of electric vertical take-off and landing aircraft]
In recent years, so-called flying cars, which are capable of flying, have attracted attention as means of transportation in place of automobiles. Flying cars are expected to be used in various situations such as transportation within and between regions, tourism and leisure, emergency medical care, and disaster relief.

空飛ぶクルマとして、垂直離着陸機(VTOL;Vertical Take-Off and Landing aircraft)が注目されている。垂直離着陸機は、空と離発着場とを垂直に昇降できることから、滑走路を必要とせず、利便性に優れる。特に、近年ではCO2の削減に向けた社会的要請などから、バッテリとモータとで飛行するタイプの電動垂直離着陸機(eVTOL)が開発の主流となっている。 A vertical take-off and landing aircraft (VTOL) is attracting attention as a flying car. Vertical take-off and landing aircraft can ascend and descend vertically between the sky and the takeoff and landing site, so they do not require a runway and are highly convenient. In particular, in recent years, due to social demand for reducing CO 2 , an electric vertical take-off and landing aircraft (eVTOL) that flies with a battery and a motor has become the mainstream of development.

上記実施形態の軸受装置は、このような電動垂直離着陸機に搭載されてもよい。実施形態1における軸受装置1が搭載された電動垂直離着陸機の構成を例に挙げて、図10を用いて説明する。 The bearing device of the above embodiment may be mounted on such an electric vertical take-off and landing aircraft. The configuration of an electric vertical take-off and landing aircraft equipped with the bearing device 1 according to Embodiment 1 will be described as an example with reference to FIG. 10 .

図10に示されるように、電動垂直離着陸機101は、機体中央に位置する本体部102と、前後左右に配置された4つの駆動部103とを有するマルチコプターである。駆動部103は、電動垂直離着陸機101の揚力および推進力を発生させる装置である。駆動部103の駆動によって電動垂直離着陸機101が飛行する。電動垂直離着陸機101において駆動部103は複数あればよく、4つに限定されない。 As shown in FIG. 10, the electric vertical take-off and landing aircraft 101 is a multicopter having a main body 102 located in the center of the aircraft body and four drive units 103 arranged in the front, rear, left and right. The drive unit 103 is a device that generates lift and propulsion for the electric vertical take-off and landing aircraft 101 . The electric vertical take-off and landing aircraft 101 flies by driving the drive unit 103 . The electric vertical take-off and landing aircraft 101 may have a plurality of driving units 103, and the number is not limited to four.

本体部102は乗員(たとえば1~2名程度)が搭乗可能な居住空間を有している。この居住空間には、進行方向や高度などを決めるための操作系や、高度、速度、飛行位置などを示す計器類などが設けられている。本体部102からは4本のアーム102aがそれぞれ延び、各アーム102aの先端に駆動部103が設けられている。アーム102aには、回転翼104を保護するため、回転翼104の回転周囲を覆う円環部が一体に設けられている。また、本体部102の下部には、着陸時に機体を支えるスキッド102bが設けられている。 The body portion 102 has a living space in which passengers (for example, about one or two people) can board. This living space is equipped with an operating system for determining the direction of travel and altitude, as well as instruments that indicate altitude, speed, flight position, and so on. Four arms 102a extend from the main body portion 102, and a driving portion 103 is provided at the tip of each arm 102a. The arm 102a is integrally provided with an annular portion that covers the rotating circumference of the rotor blade 104 in order to protect the rotor blade 104. As shown in FIG. A skid 102b is provided at the bottom of the main body 102 to support the aircraft during landing.

駆動部103は、上下1対の回転翼104と、該回転翼104を回転させるモータ装置105とを有している。駆動部103において、上下1対の回転翼104はモータ装置105を挟んで軸方向両側に設けられている。上下1対の回転翼104の各々は、径方向外側へ延びる2枚の羽根を有している。 The drive unit 103 has a pair of upper and lower rotor blades 104 and a motor device 105 that rotates the rotor blades 104 . In the drive unit 103, a pair of upper and lower rotor blades 104 are provided on both sides in the axial direction with the motor device 105 interposed therebetween. Each of the pair of upper and lower rotor blades 104 has two blades extending radially outward.

本体部102には、バッテリ(図示省略)および制御装置(図示省略)が設けられている。制御装置はフライトコントローラとも呼ばれる。電動垂直離着陸機101の制御は、制御装置によって、たとえば以下のように実施される。制御装置が、現姿勢と目標姿勢との差から揚力を調整すべきモータ装置105に回転数変更の指令を出力する。その指令に基づいて、モータ装置105に備えられたアンプがバッテリからモータ装置105へ送る電力量を調整し、モータ装置105(および回転翼104)の回転数が変更される。また、モータ装置105の回転数の調整は、複数のモータ装置105に対して、同時に実施され、それによって機体の姿勢が決まる。 The body portion 102 is provided with a battery (not shown) and a control device (not shown). Controllers are also called flight controllers. Control of the electric vertical take-off and landing aircraft 101 is performed by the control device, for example, as follows. Based on the difference between the current attitude and the target attitude, the control device outputs a rotation speed change command to the motor device 105 that should adjust the lift force. Based on the command, an amplifier provided in motor device 105 adjusts the amount of electric power sent from the battery to motor device 105, and the rotation speed of motor device 105 (and rotor blade 104) is changed. In addition, the adjustment of the number of rotations of the motor devices 105 is performed simultaneously for the plurality of motor devices 105, thereby determining the attitude of the airframe.

モータ装置105に対して実施の形態1の変形例2の軸受装置90を用いる場合、主軸51を回転軸として適用し、回転軸の一端側に上述の上側回転翼が取り付けられ、他端側にモータ装置105のロータ68が取り付けられるようにすればよい。ロータ68は、筒状部材61に固定されたステータ69に対向配置され、該ステータ69に対して回転可能になる。なお、モータ装置105には、アウターロータ型のブラシレスモータまたはインナーロータ型のブラシレスモータの構成を採用することができる。 When the bearing device 90 of the second modification of the first embodiment is used for the motor device 105, the main shaft 51 is applied as a rotating shaft, the above-described upper rotating blade is attached to one end side of the rotating shaft, and the other end side of the rotating shaft The rotor 68 of the motor device 105 may be attached. The rotor 68 is arranged to face a stator 69 fixed to the tubular member 61 and is rotatable with respect to the stator 69 . It should be noted that the motor device 105 can employ a configuration of an outer rotor type brushless motor or an inner rotor type brushless motor.

モータ装置105は、外筒56と、ハウジング57と、ロータ68と、ステータ69と、アンプ(図示省略)と、2個の軸受53a、53bとを有している。外筒56とハウジング57と間には冷却媒体流路が設けられている。この流路に冷却媒体を流すことにより、過度の温度上昇が防止される。外筒56およびハウジング57の材質は特に限定されず、たとえば鉄系材料、CFRP(炭素繊維強化プラスチック)などであってもよい。 The motor device 105 has an outer cylinder 56, a housing 57, a rotor 68, a stator 69, an amplifier (not shown), and two bearings 53a and 53b. A cooling medium flow path is provided between the outer cylinder 56 and the housing 57 . Excessive temperature rise is prevented by flowing the cooling medium through this channel. The material of outer cylinder 56 and housing 57 is not particularly limited, and may be, for example, iron-based material, CFRP (carbon fiber reinforced plastic), or the like.

また、モータ装置105を軸受装置90に用いる場合、軸受装置90は、外筒56内で回転軸を回転自在に支持している。軸受装置90は、鉄損などによるステータ9の発熱が直接、外輪間座54gに熱伝導しない構造とされる。第1外輪間座54g1の端面には、溝54g1aが形成される。溝54g1aの内部には、回路基板10が実装される。回路基板10には、発電機Gで生成される交流電力を整流して直流に変える電源回路16と、軸受装置90の状態を監視するセンサ17と、センサ17の出力を無線で外部に送信するワイヤレス通信回路20とが実装される。 When the motor device 105 is used as the bearing device 90 , the bearing device 90 rotatably supports the rotating shaft inside the outer cylinder 56 . The bearing device 90 has a structure in which heat generated by the stator 9 due to iron loss or the like is not directly conducted to the outer ring spacer 54g. A groove 54g1a is formed in the end surface of the first outer ring spacer 54g1. The circuit board 10 is mounted inside the groove 54g1a. The circuit board 10 includes a power supply circuit 16 that rectifies the AC power generated by the generator G and converts it to DC, a sensor 17 that monitors the state of the bearing device 90, and a sensor 17 that transmits the output of the sensor 17 wirelessly to the outside. A wireless communication circuit 20 is implemented.

なお、駆動部における軸受構成は、他の構成であってもよい。図10では、モータ装置105の回転軸と回転翼104の回転軸とが同一の回転軸であるが、モータ装置105の回転軸と回転翼104の回転軸とが伝達機構を介して接続された構成であってもよい。この場合、駆動部における回転軸を支持する軸受装置は、モータ装置105の回転軸を支持する軸受装置でもよく、回転翼の回転軸を支持する軸受装置でもよい。 It should be noted that the bearing configuration in the driving portion may be another configuration. In FIG. 10, the rotating shaft of the motor device 105 and the rotating shaft of the rotor blade 104 are the same rotating shaft, but the rotating shaft of the motor device 105 and the rotating shaft of the rotor blade 104 are connected via a transmission mechanism. It may be a configuration. In this case, the bearing device that supports the rotating shaft in the drive unit may be the bearing device that supports the rotating shaft of the motor device 105 or the bearing device that supports the rotating shaft of the rotor blade.

(まとめ)
本開示は、軸受を備える軸受装置1に関する。軸受装置1は、外輪2と、内輪3と、外輪2と内輪3との間に配置される複数の転動体4と、外輪2および内輪3のうちのいずれか一方に固定される外環7と、外輪2および内輪3のうちのいずれか他方に、外環7に対向するように固定される磁気リング8と、外環7に固定されるとともに、熱伝導率が低く非金属の絶縁体から構成され、径方向に延びる隔壁11aを有する円筒状の断熱部11と、隔壁11aを挟んで軸受Bと反対側に固定されるステータ9と、を備える。磁気リング8は、ステータ9に対向するように配置され、ステータ9と磁気リング8とは発電機Gを構成する。軸受装置1は、隔壁11aよりも軸受B側の空間に固定された回路基板10をさらに備える。回路基板10は、発電機Gで生成される電力を整流処理して直流電源を作る電源回路16と、軸受Bの状態を検出する少なくとも1つのセンサ17と、少なくとも1つのセンサ17の出力を無線で外部に送信するワイヤレス通信回路20と、を含む。
(summary)
The present disclosure relates to a bearing device 1 comprising a bearing. The bearing device 1 includes an outer ring 2, an inner ring 3, a plurality of rolling elements 4 arranged between the outer ring 2 and the inner ring 3, and an outer ring 7 fixed to one of the outer ring 2 and the inner ring 3. , a magnetic ring 8 fixed to the other of the outer ring 2 and the inner ring 3 so as to face the outer ring 7, and a non-metallic insulator having low thermal conductivity and being fixed to the outer ring 7 and a cylindrical heat insulating portion 11 having a partition wall 11a extending in the radial direction, and a stator 9 fixed on the opposite side of the bearing B with the partition wall 11a interposed therebetween. The magnetic ring 8 is arranged to face the stator 9 , and the stator 9 and the magnetic ring 8 constitute a generator G. The bearing device 1 further includes a circuit board 10 fixed in a space closer to the bearing B than the partition wall 11a. The circuit board 10 includes a power supply circuit 16 that rectifies the power generated by the generator G to generate a DC power supply, at least one sensor 17 that detects the state of the bearing B, and wirelessly transmits the output of the at least one sensor 17. and a wireless communication circuit 20 for transmitting to the outside at.

このような構成を備えることによって、発電機Gのステータ9と軸受Bとは、断熱部11により熱的に絶縁されるため、ステータ9の鉄損による発熱の軸受B、外環7への熱伝導を低減することができる。これにより、軸受B近傍にセンサ17として温度センサ18を配置することで軸受Bの回転に伴う温度上昇のみを正確に検出することができる。軸受B近傍にセンサ17として加速度センサ19を配置することで軸受Bが原因で発生する振動による加速度を、当該振動が減衰する前に測定することができる。軸受装置1は、構造が簡易であるため小型化することができる。 By providing such a configuration, the stator 9 and the bearing B of the generator G are thermally insulated by the heat insulating portion 11, so that the heat generated by the iron loss of the stator 9 is transferred to the bearing B and the outer ring 7. Conduction can be reduced. By arranging the temperature sensor 18 as the sensor 17 in the vicinity of the bearing B, only the temperature rise caused by the rotation of the bearing B can be accurately detected. By arranging the acceleration sensor 19 as the sensor 17 near the bearing B, it is possible to measure the acceleration caused by the vibration caused by the bearing B before the vibration attenuates. Since the bearing device 1 has a simple structure, it can be downsized.

好ましくは、ステータ9に当接されるように配置され、熱伝導率が高い材料からなる放熱部12aと、放熱部12aの外周面に配置され、熱伝導率の低い断熱部材からなる断熱層12bと、をさらに備える。断熱層12bは、外環7と当接する。 Preferably, a heat radiating portion 12a made of a material having a high thermal conductivity and arranged so as to abut against the stator 9, and a heat insulating layer 12b made of a heat insulating member having a low heat conductivity, arranged on the outer peripheral surface of the heat radiating portion 12a. And further comprising. The heat insulating layer 12b contacts the outer ring 7. As shown in FIG.

このような構成を備えることによって、軸受装置1は、ステータ9の発熱を放熱部12aで効率的に外部に放熱することができるとともに、断熱層12bにより放熱部12aの温度を直接、外環7に伝わらないようにし、ステータ9の発熱が軸受Bに影響しないようにすることができる。 With such a configuration, the bearing device 1 can efficiently radiate the heat generated by the stator 9 to the outside through the heat radiating portion 12a. , so that the heat generated by the stator 9 does not affect the bearing B.

好ましくは、外輪2および内輪3のうちのいずれか一方は、軸受装置1の静止輪として機能する。回路基板10は、静止輪の端面に当接する外環7の端面と断熱部11の隔壁11aとの間に形成される空間において、外環7に固定される。 Preferably, one of outer ring 2 and inner ring 3 functions as a stationary ring of bearing device 1 . The circuit board 10 is fixed to the outer ring 7 in a space formed between the end face of the outer ring 7 that contacts the end face of the stationary ring and the partition wall 11 a of the heat insulating portion 11 .

このような構成を備えることによって、回路基板10が軸受Bの近傍に配置されるとともに断熱部11の隔壁11aにより熱的に絶縁されるため、軸受Bの回転に伴う温度上昇、あるいは加速度を正確に測定することができる。 With such a configuration, the circuit board 10 is arranged in the vicinity of the bearing B and is thermally insulated by the partition wall 11a of the heat insulating portion 11, so that the temperature rise or acceleration due to the rotation of the bearing B can be detected accurately. can be measured to

好ましくは、ワイヤレス通信回路20は、内部にアンテナ部20aを含む。アンテナ部20Aは、ステータ9と軸方向に重ならない位置に配置されるとともに、断熱部11と対向する位置に配置される。 Preferably, the wireless communication circuit 20 internally includes an antenna section 20a. The antenna section 20A is arranged at a position that does not axially overlap with the stator 9 and is arranged at a position facing the heat insulation section 11 .

このような構成を備えることによって、アンテナ部20aが金属などの導電性材料の影響を受けることなく軸受装置1の外部に電波を飛ばすことができる。 With such a configuration, radio waves can be emitted to the outside of the bearing device 1 without the antenna portion 20a being affected by conductive materials such as metal.

好ましくは、軸受装置1Aは、断熱部11Aの外周の一部に形成された切欠き部11Adと、ステータ9Aを構成する磁性体リング部材13の周方向一部を除去してボビン14が露出した除去部9A1とが重なり、切欠き部11Adの領域内に回路基板10が配置される。 Preferably, in the bearing device 1A, a notch portion 11Ad formed in a part of the outer periphery of the heat insulating portion 11A and a circumferential portion of the magnetic ring member 13 constituting the stator 9A are removed so that the bobbin 14 is exposed. The circuit board 10 is arranged in the region of the notch portion 11Ad overlapping the removed portion 9A1.

このような構成を備えることによって、軸受装置1Aは、ステータ9Aを軸受Bにより近づけた配置ができるため、外環7の軸方向幅を短くすることができ、小型化が可能となる。 With such a configuration, the bearing device 1A can have the stator 9A closer to the bearing B, so that the axial width of the outer ring 7 can be shortened and the size can be reduced.

好ましくは、軸受装置90は、外輪間座54gが固定部材となる。
このような構成を備えることによって、軸受装置90は、軸受53a,53bを備える構成において、軸受53の回転に伴う温度上昇、あるいは加速度を正確に測定することができる。
Preferably, in the bearing device 90, the outer ring spacer 54g serves as a fixed member.
With such a configuration, the bearing device 90 can accurately measure the temperature rise or acceleration accompanying the rotation of the bearing 53 in the configuration including the bearings 53a and 53b.

好ましくは、外輪2および内輪3のうちのいずれか一方は、軸受装置90の静止輪として機能する。回路基板10は、静止輪に近接する外輪間座54gの一方端に形成された溝54g1aの内部に固定される。回路基板10を保護する保護部材としての蓋73と、蓋73と対向する複数の転動体Taとは、絶縁体で構成される。軸受53の静止輪の他方端に当接する前蓋60と、前蓋60と軸受53により支持される主軸51との間には、隙間70が設けられている。 Preferably, one of outer ring 2 and inner ring 3 functions as a stationary ring of bearing device 90 . The circuit board 10 is fixed inside a groove 54g1a formed in one end of the outer ring spacer 54g adjacent to the stationary ring. The lid 73 as a protective member that protects the circuit board 10 and the plurality of rolling elements Ta facing the lid 73 are made of an insulator. A gap 70 is provided between the front cover 60 that contacts the other end of the stationary ring of the bearing 53 and the main shaft 51 that is supported by the front cover 60 and the bearing 53 .

このような構成を備えることによって、軸受装置90は、ワイヤレス通信回路20から発信される電波を、主軸51と前蓋60とで形成されるラビリンスシールの隙間70から外側に放出することができる。 With such a configuration, the bearing device 90 can emit radio waves emitted from the wireless communication circuit 20 to the outside from the gap 70 of the labyrinth seal formed between the main shaft 51 and the front cover 60 .

好ましくは、軸受装置90は、スピンドル装置50に適用してもよい。
このような構成を備えることによって、スピンドル装置50において、軸受53の回転に伴う温度上昇、あるいは加速度を正確に測定することができる。
Preferably, the bearing device 90 may be applied to the spindle device 50 .
With such a configuration, the spindle device 50 can accurately measure the temperature rise or acceleration accompanying the rotation of the bearing 53 .

好ましくは、軸受装置1は、軸受装置1により回転可能に支持された回転翼104を備え、回転翼104の回転により飛行する、電動垂直離着陸機101に適用してもよい。 Preferably, the bearing device 1 may be applied to an electric vertical take-off and landing aircraft 101 that includes rotor blades 104 rotatably supported by the bearing device 1 and that flies by rotating the rotor blades 104 .

このような構成を備えることによって、電動垂直離着陸機101において、軸受の回転に伴う温度上昇、あるいは加速度を正確に測定することができる。 With such a configuration, the electric vertical take-off and landing aircraft 101 can accurately measure the temperature rise or acceleration associated with the rotation of the bearings.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered as examples and not restrictive in all respects. The scope of the present disclosure is indicated by the scope of claims rather than the description of the above-described embodiments, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.

1,1A,90 軸受装置、2,53ga,53gb,55b 外輪、3,53ia,53ib,55a 内輪、4,Ta,Tb 転動体、5,Rta,Rtb 保持器、5a,5b,53,53a,53b,55,B 軸受、6 シール、7 外環、8 磁気リング、8a 芯金、8b 多極磁石、9,9A ステータ、9A1 除去部、10 回路基板、11,11A,71 断熱部、11Aa,11a 隔壁、11Ad 切欠き部、12,73 蓋、12a,72 放熱部、12b 断熱層、13,13A 磁性体リング部材、14 ボビン、15 コイル、16 電源回路、17 センサ、18 温度センサ、19 加速度センサ、20 ワイヤレス通信回路、20a アンテナ部、50 スピンドル装置、51 主軸、54g 外輪間座、54i 内輪間座、60 前蓋、71a 第1断熱部、71b 第2断熱部、G 発電機。 1, 1A, 90 Bearing device 2, 53ga, 53gb, 55b Outer ring 3, 53ia, 53ib, 55a Inner ring 4, Ta, Tb Rolling element 5, Rta, Rtb Cage 5a, 5b, 53, 53a, 53b, 55, B bearing 6 seal 7 outer ring 8 magnetic ring 8a core metal 8b multipolar magnet 9, 9A stator 9A1 removed portion 10 circuit board 11, 11A, 71 heat insulating portion 11Aa, 11a partition wall 11Ad notch 12,73 lid 12a,72 heat radiation part 12b heat insulating layer 13,13A magnetic ring member 14 bobbin 15 coil 16 power supply circuit 17 sensor 18 temperature sensor 19 acceleration Sensor 20 Wireless communication circuit 20a Antenna part 50 Spindle device 51 Main shaft 54g Outer ring spacer 54i Inner ring spacer 60 Front cover 71a First heat insulating part 71b Second heat insulating part G Generator.

Claims (9)

軸受を備える軸受装置であって、
外輪と、
内輪と、
前記外輪と前記内輪との間に配置される複数の転動体と、
前記外輪および前記内輪のうちのいずれか一方に固定される固定部材と、
前記外輪および前記内輪のうちのいずれか他方に、前記固定部材に対向するように固定される磁気リングと、
前記固定部材に固定されるとともに、熱伝導率が低く非金属の絶縁体から構成され、径方向に延びる隔壁を有する円筒状の断熱部と、
前記隔壁を挟んで前記軸受と反対側に固定されるステータと、を備え、
前記磁気リングは、前記ステータに対向するように配置され、
前記ステータと前記磁気リングとは発電機を構成し、
前記軸受装置は、前記隔壁よりも前記軸受側の空間に固定された回路基板をさらに備え、
前記回路基板は、
前記発電機で生成される電力を整流処理して直流電源を作る電源回路と、
前記軸受の状態を検出する少なくとも1つのセンサと、
前記少なくとも1つのセンサの出力を無線で外部に送信するワイヤレス通信回路と、を含む、軸受装置。
A bearing device comprising a bearing,
an outer ring;
inner ring;
a plurality of rolling elements arranged between the outer ring and the inner ring;
a fixing member fixed to one of the outer ring and the inner ring;
a magnetic ring fixed to the other of the outer ring and the inner ring so as to face the fixing member;
a cylindrical heat insulating portion fixed to the fixing member, made of a non-metallic insulator having a low thermal conductivity, and having a partition wall extending in a radial direction;
a stator fixed on the side opposite to the bearing across the partition;
The magnetic ring is arranged to face the stator,
the stator and the magnetic ring form a generator,
The bearing device further includes a circuit board fixed in a space closer to the bearing than the partition wall,
The circuit board is
a power supply circuit that rectifies the power generated by the generator to generate a DC power supply;
at least one sensor for detecting the condition of the bearing;
a wireless communication circuit that wirelessly transmits the output of the at least one sensor to the outside.
前記ステータに当接されるように配置され、熱伝導率が高い材料からなる放熱部と、
前記放熱部の外周面に配置され、熱伝導率の低い断熱部材からなる断熱層と、をさらに備え、
前記断熱層は、前記固定部材と当接する、請求項1に記載の軸受装置。
a heat radiating portion arranged to abut on the stator and made of a material with high thermal conductivity;
a heat insulating layer disposed on the outer peripheral surface of the heat radiating portion and made of a heat insulating member having low thermal conductivity;
2. The bearing device according to claim 1, wherein said heat insulating layer abuts said fixing member.
前記外輪および前記内輪のうちのいずれか一方は、前記軸受装置の静止輪として機能し、
前記回路基板は、前記静止輪の端面に当接する前記固定部材の端面と前記断熱部の前記隔壁との間に形成される空間において、前記固定部材に固定される、請求項1または請求項2に記載の軸受装置。
one of the outer ring and the inner ring functions as a stationary ring of the bearing device;
3. The circuit board is fixed to the fixed member in a space formed between the end face of the fixed member that contacts the end face of the stationary ring and the partition wall of the heat insulating portion. The bearing device according to .
前記ワイヤレス通信回路は、内部にアンテナ部を含み、
前記アンテナ部は、前記ステータと軸方向に重ならない位置に配置されるとともに、前記断熱部と対向する位置に配置される、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の軸受装置。
The wireless communication circuit includes an antenna section inside,
The bearing device according to any one of claims 1 to 3, wherein the antenna section is arranged at a position that does not axially overlap with the stator and is arranged at a position facing the heat insulating section.
前記断熱部の外周の一部に形成された切欠き部と、前記ステータを構成する磁性体リング部材の周方向一部を除去してボビンが露出した除去部とが重なり、
前記切欠き部の領域内に前記回路基板が配置される、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の軸受装置。
A notch portion formed in a part of the outer periphery of the heat insulating portion and a removed portion in which a bobbin is exposed by removing a part in the circumferential direction of the magnetic ring member constituting the stator overlap,
5. The bearing device according to any one of claims 1 to 4, wherein the circuit board is arranged in the area of the cutout.
前記固定部材は、外輪間座である、請求項1または請求項2に記載の軸受装置。 3. The bearing device according to claim 1, wherein said fixed member is an outer ring spacer. 前記外輪および前記内輪のうちのいずれか一方は、前記軸受装置の静止輪として機能し、
前記回路基板は、前記静止輪に近接する前記外輪間座の一方端に形成された溝の内部に固定され、
前記回路基板を保護する保護部材と、前記保護部材と対向する前記複数の転動体とは、絶縁体で構成され、
前記軸受の前記静止輪の他方端に当接する蓋と、前記蓋と前記軸受により支持される主軸との間には、隙間が設けられている、請求項6に記載の軸受装置。
one of the outer ring and the inner ring functions as a stationary ring of the bearing device;
The circuit board is fixed inside a groove formed in one end of the outer ring spacer adjacent to the stationary ring,
the protective member that protects the circuit board and the plurality of rolling elements facing the protective member are made of an insulator,
7. The bearing device according to claim 6, wherein a gap is provided between a lid abutting on the other end of said stationary ring of said bearing and a main shaft supported by said lid and said bearing.
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の軸受装置を備える、スピンドル装置。 A spindle device comprising the bearing device according to any one of claims 1 to 7. 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の軸受装置と、
前記軸受装置により回転可能に支持された回転翼と、を備え、
前記回転翼の回転により飛行する、電動垂直離着陸機。
a bearing device according to any one of claims 1 to 7;
a rotor rotatably supported by the bearing device,
An electric vertical take-off and landing aircraft that flies by rotating the rotor blades.
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