JP4365532B2 - 一体の変成器を有する軸受 - Google Patents

Description

【０００１】
＜発明の属する技術分野＞
本発明は、請求項１のプリアンブルによる軸受に関する。
【０００２】
＜従来の技術＞
この種の軸受は、英国特許出願GB-A-1237932で開示されている。この公告は、静止コアと回転部分の間の誘導結合機構を用いて回転部分の測定信号を静止コアに伝達する電気測定装置を開示している。
この既知の組立体の欠点は、それが、信号を回転部分から静止部分に伝達するのに適当であるに過ぎないことである。しかし、しばしば知ることが必要になるのは、例えば、軸受の回転速度である。
＜発明の要約＞
本発明の目的は、信号を無接点で伝達し、また、軸受の回転速度を、センサーの追加の必要無しに表示できる軸受を提供することである。
この目的は、請求項１の特徴を有する軸受で達成される。
本発明による軸受は、（電力またはデータ）信号の無接点伝達に加えて、それが、追加のセンサーの必要無しに、軸受の回転速度のセンサーとして役立つことである。第一のコイルと第二のコイルの間の結合は、軸受の第一の部分が第二の部分に対して回転する時、変化し、したがって、第一のコイルから第二のコイルに伝達される信号は、変化する。したがって、第一のコイルから第二のコイルまで、また、その逆に、エネルギーおよび（または）データを伝達することに加えて、この実施形態では、軸受の第一の部分の、第二の部分に対する相対（回転）速度を表す信号を得ることも可能である。
【０００５】
前記目的は、本発明に従い、請求項１による軸受によって、成し遂げられる。
【０００６】
この軸受の別の利点は、軸受の回転部分上にまたは回転部分に固定された回路と電気信号を交換することが可能であることである。本発明は、スリーブ軸受、玉軸受およびころ軸受など、あらゆるタイプの軸受に応用可能であることは、明らかであろう。
【０００７】
例えば、スリップリングと接点の組立体の助けにより、回転部分に固定された回路と電気信号を交換することは、この技術に長けた人には、既知である。欠点は、回転軸上のスリップリングと接点は、摩耗しやすく、また、電気的な接続の信頼性がより低いことである。さらに、スリップリングは、追加の摩擦をもたらし、これは、必ずしも望ましくない。スリップリングと接点はまた、追加のスペースを取り、これは、用途によっては、不利な場合がある。
【０００８】
本発明による軸受の助けによれば、回転軸上に固定された回路と信頼性が高く、かつ、摩擦のない結合を行うことが可能である。
【０００９】
本発明の好適な一実施形態によれば、第一および第二のコイルの軸は、軸受の回転軸に一致している。この手段によって、コイル間の電磁結合は、最大限に成し遂げられ、その結果として、信号伝達がより良く、また、より信頼できるものとなる。
【００１１】
また別の実施形態により、軸受を非鉄材料で作成する場合は、第一および（または）第二のコイルは、それぞれ、第一または第二の部分の凹所に配設可能である。また別の実施形態では、第一および（または）第二のコイルは、それぞれ、第一または第二の部分の凹所に、完全に埋設すら可能である。非鉄金属では、なんと言っても、磁力線が乱されない。
【００１２】
また別の実施形態によれば、第一および（または）第二のコイルは、印刷巻線を含んでいる。それぞれ、第一または第二のコイルに接続された電子回路は、軸受の第一および（または）第二の部分に組み込むことも可能である。巻線および（または）電子回路は、例えば、この技術に長けた人々には既知の薄膜法により、作成および適用可能である。この手段により、本発明による軸受のさらによりコンパクトな構造が可能である。
【００１３】
第一および第二のカバーが、Ｕ字形の円形部材によって形成されている場合は、少なくとも一つのエアーギャップは、望ましくは、Ｕ字形の円形部材の脚の一つの少なくとも一つの凹所によって形成されている。
【００１５】
別の局面においては、本発明は、本発明による少なくとも一つの軸受と該少なくとも一つの軸受によって支持された回転軸との組立体において、該組立体には、さらに、回転軸に固定され、かつ、第二のコイルに接続された接続体を有する電子回路が設けられている組立体に関する。
【００１６】
この手段により、軸受の静止部分から、軸受の回転部分を通して、回転軸に固定された回路まで、また、その逆に、電気的な結合を行うことが可能である。
【００１７】
本発明の一実施形態では、回路から発生する信号は、信号線を通して、第二のコイルに送られる。
【００１８】
したがって、本実施形態による組立体を使用して、回路から発生する信号、例えば測定信号を、第二のコイルおよび第一のコイルを通して、軸受の静止部分で利用できるようにすることが可能である。この信号は、次いで、簡単に評価または制御回路に渡すことができる。
【００１９】
別の実施例では、第一のコイルは、電源に接続されており、第二のコイルは、電力線を通して、回路に接続されている。
【００２０】
この手段によって、回転軸上の回路に電力を供給することが可能である。
【００２１】
本発明による多重軸受を用いて、回路に電力を供給し、かつ、回路からの信号を、軸受の静止部分で利用できるようにすることが可能であることは、この技術に長けた人には明らかであろう。また、例えば、回路から発生する信号を、この技術に長けた人には既知のやり方で、回路で多重化し、それにより、回路からの複数の信号を軸受の静止部分に伝達することができることも理解できる。
【００２２】
＜発明の実施の形態＞
以下、好適な実施例および添付の図面に示した実施形態を参照して、本発明をより詳しく説明する。
【００２３】
図１は、本発明による一体の変成器を有する軸受１の横断面図を示す。軸受１は、互いに他に対して回動できる外輪２および内輪３から成っている。軸受１は、例えば、スリーブ軸受であり得るが、玉軸受あるいはころ軸受でもあり得る。第一のコイル４は、外輪２に取り付けられており、第二のコイル５は、内輪３に取り付けられている。第一およびの第二のコイル４、５の軸は、望ましくは、軸受の回転軸８に一致している。この軸受の一実施形態では、第一およびの第二のコイル４、５は、塵埃および潤滑材が第一およびの第二のコイル４、５に接近できないよう、それぞれのカバー６、７で囲まれている。
【００２４】
図２は、図１における軸受１の正面図を示す。この図においては、第一およびの第二のコイル４、５の中点は、軸受１の回転軸８に一致していることが、はっきり分かる。第一およびの第二のコイル４、５は、望ましくは、銅などの導電材料でできた多数の巻線から成っている。第一およびの第二のコイル４、５は、一つのコイルが発生する磁束が、他のコイルにも含まれるよう、できるだけ互いに他に接近させる。第一およびの第二のコイル４、５の相互電磁結合の結果として、第一のコイル４から第二のコイル５に、また、その逆に、電気信号を伝達することが可能である。第一のコイル４と第二のコイル５の相互結合は、この技術に長けた人々には既知であるように、二つのコイル４、５により占められた表面積および各コイル４、５における巻数に左右される。巻線の寸法および巻数を正しく選ぶことによって、広い周波数範囲で、強い電磁結合を成し遂げることが可能である。
【００２５】
図３は、本発明の別の実施形態による一体の変成器を有する軸受１の横断面図を示す。この実施形態では、軸受１の第一および第二の部分２、３は、非鉄材料で作られている。この手段により、第一のコイル４を軸受の第一の部分２の凹所１５に配設し、第二のコイル５を第二の部分３に完全に埋設することが可能である。両コイル４、５は、それぞれの凹所１５に配設することも、あるいは完全に埋設することも可能であるのは、明らかであろう。
【００２６】
また、第一および（または）第二のコイル４、５を、印刷巻線として、それぞれ、軸受１の第一および第二の部分２、３上に作成することも可能である。また、第一または第二のコイル４、５に接続された電子回路（図示せず）を、軸受１の一部に設け、その結果として、本発明による軸受１をさらによりコンパクトに作成することも可能である。
【００２７】
図４は、二つの部分、９aおよび９ｂから成る回転軸９を支持する、一体の変成器を有する二つの軸受１、１' の組立体を示す。二つの軸受１、１' は、他の点では同一であるが、説明の明瞭さのため、一方の軸受１' の当該構成要素は、他方の軸受１と同じ参照番号で、ただしプライム記号を付けて示す。回転軸９上には、二つの軸部分９a、９ｂの間に、回路１０、例えば、二つの軸部分９a、９ｂの間に生じる捻じれねじれを測定するための測定回路１０が有る。この種の捻じれは、この技術に長けた人々には既知であり、ここで改めて説明する必要はない。
【００２８】
測定回路１０は、信号線１１および電力線１３に接続されている。電力線１３の他の端は、一方の軸受１' の第二のコイル５' に接続されており、信号線１１の他の端は、他方の軸受１の第二のコイル５に接続されている。
【００２９】
一体の変成器を有する少なくとも一つの軸受１および回転軸９の、この好適な実施形態の組立体を用いて、信号線１１および他方の軸受１の回転部分上の第二のコイル５を介して、また、静止信号線１２により電磁的にそれと結合された第一のコイル４を介して利用できる測定回路１０から、測定信号を得ることが可能である。
【００３０】
したがって、回転軸９上の測定回路１０は、静止接続線１４を介して、電力を供給することができ、該静止接続線は、一方の軸受１' の非回転部分上の第一のコイル４' に接続されている。第一のコイル４' は、第二のコイル５' に電磁的に結合されており、その結果として、電力線１３を介して、測定回路１０で電源が利用できるようになっている。
【００３１】
測定回路１０からの信号は、多重化された多重測定信号で構成できるのは、この技術に長けた人には、明らかであろう。また、回転軸９上の回路１０から軸受１、１' の静止部分上の静止接続体１２、１４までの信号経路は、双方向に適することは、この技術に長けた人には、明らかであろう。したがって、回路１０にさらにいくつか設備を加えれば、静止信号線１２を介して利用できる、回転軸９上の回路１０に電力を供給し、かつ、回路１０から信号を得るのに、本発明による一方の線、したがって、一方の軸受で十分である。
【００３２】
図５aおよび５ｂは、外輪２、内輪または軸３、外側玉軸受ライナー１６、内側玉軸受ライナー１７、および多数のボールベアリング１８を含むころ軸受１の横断面図を示す。ボールベアリング１８をの存在の結果として、本発明による軸受のコイル４、５は、外輪２と内輪３の間に配設可能である。これで、本発明による軸受の構造は、さらによりコンパクトになる。図５aでは、第一のコイル４および第二のコイル５は、軸受の同軸位置に配置されており、第一のコイル４の半径は、第二のコイル５の半径より大きいことが分かる。図５ｂは、二つのコイルの配置の別法を示す。第一のコイル４の半径は、この場合には、第二のコイル５の半径と同じである。それぞれ、第一および第二のコイル４、５の第一および第二のカバー６、７は、望ましくは、磁性材料でできたU字形断面のもので作成し、第一のカバー６および第二のカバー７は、開いた端面が互いに他に向き合うようにする。これにより、第一のコイル４および第二のコイル５は、磁気的に囲まれ、したがって、信号の伝達は、より効果的になる。
【００３３】
別の実施形態では、互いに他に向き合う第一のカバー６および第二のカバー７は、特定の形状を有しており、第一および第二のカバー６、７の開いた端面の間のエアーギャップは、第一の部分２と第二の部分が、互いに他に対して回転すると、変化する。このエアーギャップは、電磁結合の変化、したがって、第一のコイル４から第二のコイル５に結合される信号の変化を生ずる。この変化は、第一の部分２および第二の部分３の相対的な回転速度を示す信号である。
【００３４】
この技術に長けた人にとっては、この特定の形状は、第一および第二のカバー６、７のさまざまな実施形態で実現可能であることは、明らかであろう。
【００３５】
所望の効果を有する第一のカバー６および第二のカバー７の特定の形状の一例を、図６に示す。図６は、図５ｂに示した第一のカバー６の上面図、すなわち、軸受の軸の方向から見た図を示す。第一の開いた端面２０および第二の開いた端面２１は、この場合には、円形体で形成されている。開いた端面２０、２１の一つでは、磁性材料に凹所２３が設けられ、第二の開いた端面２１に、スプロケット様の延長部分２２を残している。
【００３６】
第二のカバー７（図示せず）は、第一のカバー６と同じ形状を有してよい。上述の軸受組立体では、第一および第二のカバー６、７の開いた端面は、同軸に整合される。第一および第二の部分２、３が、互いに他に対して回転すると、第一のカバー６の凹所２３は、第一の場合では、第二のカバー７の凹所２３と、また、第二の場合では、延長部分２２と整合する。したがって、第一および第二のカバー６、７で囲まれた第一のコイル４と第二のコイル５の間の効果的な結合、したがって、第一のコイル４から第二のコイル５に伝達される信号は、軸受１の回転につれて変化する。
【００３７】
該特定の形状は、円形の第二の開いた端面２１の外側の凹所２３で構成されるとして説明したが、凹所は、円形の第二の開いた端面２１の内側に、あるいは円形の第二の開いた端面２１の幅全体に亘って設けてもよい。また、凹所２３は、第一の開いた端面２０にあるいは第一および第二の開いた端面２０、２１の両方に設けてもよい。
【００３８】
したがって、本発明による軸受は、軸受の回転部分から静止部分に、また、その逆に、エネルギーおよび（または）データを伝達するのに使用できるが、速度信号を発生することもできる。速度信号は、この技術に長けた人には既知のさまざまなやり方で、エネルギー信号またはデータ信号から分離してよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による一体の変成器を有する軸受の横断面図を示す。
【図２】 図１の軸受の正面図を示す。
【図３】 本発明の別の実施形態による一体の変成器を有する軸受の横断面図を示す。
【図４】 図１ないし請求項３による二つの軸受とその上に固定された回路を有する回転軸の組立体を示す。
【図５】 aおよび５bは、本発明による軸受の二つの別の実施形態の横断面図を示す。

Claims (10)

1. 第一のコイル（４）を備える第一の部分（２）と、軸受の軸（８）の周りに関して回転可能でかつ上記第一のコイル（４）と磁気結合する第二のコイル（５）を備えた第二の部分（３）とを有し、第一および第二のコイル（４，５）は、それぞれ、第一のカバー（６）および第二のカバー(７)によって磁気的に囲まれており、第一のカバーは第一の部分（２）に固定され、かつ、第二のカバー（７）は第二の部分（３）に固定されており、第一および第二のカバー（６，７）の対向する端面（２０，２１）の少なくとも一方の端面に少なくとも一つの凹所（２３）が軸方向に延びて形成されており、第一の部分（２）および第二の部分（３）が互いに他に対して回転するとき、凹所で形成されているエアーギャップにより第一の部分（２）と第二の部分（３）との相対回転速度を表わす磁気結合度を変化させるように該エアーギャップの大きさが変化することを特徴とする軸受。
2. 第一および第二のコイル（４，５）の軸は、軸受の回転軸と一致していることとする請求項１に記載の軸受。
3. 軸受（１）は、非鉄材料で作られており、かつ、第一および（または）第二のコイル（４，５）は、それぞれ、第一または第二の部分（２，３）の凹所（１５）に配設されていることとする請求項１または請求項２に記載の軸受。
4. 軸受（１）は、非鉄材料で作られており、かつ、第一および（または）第二のコイル（４，５）は、それぞれ、第一または第二の部分（２，３）の凹所（１５）に埋設されていることとする請求項１または請求項２に記載の軸受。
5. 第一および（または）第二のコイル（４，５）は、印刷巻線を含んでいることとする請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の軸受。
6. 軸受（１）の第一および（または）第二の部分（２，３）には、それぞれ、第一または第二のコイル（４，５）に接続された電子回路も設けられていることとする請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の軸受。
7. 第一および第二のカバー（６，７）は、Ｕ字形の円形部材によって形成されており、少なくとも一つのエアーギャップは、Ｕ字形の円形部材の脚（２０，２１）の一つの少なくとも一つの凹所（２３）によって形成されていることとする上記請求項のいずれか一つに記載の軸受。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか一つに記載の少なくとも一つの軸受と該少なくとも一つの軸受によって支持された回転軸との組立体において、該組立体には、さらに、回転軸（９）に固定され、かつ、第二のコイル（５，５'）に接続された接続体（１１，１３）を有する電子回路（１０）が設けられていることを特徴とする組立体。
9. 回路（１０）から発生する信号は、信号線（１１）を通して、第二のコイル（５，５'）に送られることとする請求項８に記載の組立体。
10. 第一のコイル（４，４'）は、電源に接続されており、第二のコイル（５，５'）は、電力線（１３）を通して、回路（１０）に接続されていることとする請求項８または請求項９に記載の組立体。

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