JP7765327B2 - 軸受装置 - Google Patents

Description

本開示は、軸受装置に関する。

軸受と発電機とを組み合わせ、センサ、無線通信などの電源として使用する軸受装置が知られている。

特開２０１７－７２１７０号公報（特許文献１）には、センサからの情報を無線送信するワイヤレスセンサ付き軸受装置が開示されている。特許文献１に開示された軸受装置は、転動体を保持する保持器の一方端に多極リング磁石が固定され、多極リング磁石と対向するシール側にコイルが配置される構造である。特許文献１に開示された軸受装置では、アキシャル方向に配置される多極リング磁石とコイルとの相対回転によって電力を発生させる。

特開２０１７－７２１７０号公報

ここで、保持器は、使用に伴う軸受の軸方向のガタつきが大きい。このため、特許文献１の軸受装置は、使用に伴う保持器のガタつきによりアキシャル方向における多極リング磁石とコイルとの隙間が変動しやすい。特許文献１の軸受装置は、隙間が大きくなった場合に、発電量が低下することによってセンサ等の電子部品の駆動に影響することが想定される。特許文献１の軸受装置は、逆に隙間が小さくなった場合に、多極リング磁石とセンサ等の電子部品と接触することが想定される。

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、軸受装置の寸法を抑えつつも正常に機能することのできる軸受装置を提供することである。

本開示の軸受装置は、外輪、内輪および転動体を含む軸受と、外輪または内輪のいずれか一方に固定される磁気リングと、磁気リングと軸受の径方向に対向するように配置され、外輪または内輪のいずれか他方に固定されるステータと、回路基板と、を備える。磁気リングとステータとは、交流電力を生成する発電機を構成する。回路基板は、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、発電機で生成される交流電力を少なくとも１つのセンサおよびワイヤレス通信回路で使用可能な直流電力に変換する電源回路と、を含む。外輪の端部と内輪の端部とで形成された環状空間内には、磁気リング、ステータ、および回路基板が軸受の軸方向に互いに重ならないように配置される。

本開示の軸受装置によれば、環状空間内には、磁気リング、ステータ、および回路基板が軸受の軸方向に互いに重ならないように配置される。これにより、環状空間内に各部品を配置できるため軸受の寸法を抑えることができる。さらに、本開示の軸受装置は、例えば、磁気リングが内輪に固定され、対向する位置の外輪にステータが固定される。内輪および外輪は、軸受の軸方向への変動が小さく、磁気リングとステータとが発電機を構成することによって、軸受装置の寸法を抑えつつも正常に機能することができる。

実施の形態１の軸受装置全体の斜視図である。 軸受の回転軸を含む平面における断面図である。 保持器を説明するための図である。 軸受装置をセンサユニット側から見た図である。 センサユニットの分解斜視図である。 センサユニットの組立て後の斜視図である。 実施の形態２におけるセンサユニットと磁気リングとを抽出した断面図である。 実施の形態２のセンサユニットの分解斜視図である。 実施の形態２のセンサユニットの組立て後の斜視図である。 実施の形態３におけるセンサユニットと磁気リングとを抽出した断面図である。 実施の形態３のセンサユニットの分解斜視図である。 実施の形態３のセンサユニットの組立て後の斜視図である。 実施の形態４におけるセンサユニットと磁気リングとを抽出した断面図である。 実施の形態４のセンサユニットの分解斜視図である。 実施の形態４のセンサユニットの組立て後の斜視図である。

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。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の軸受装置１全体の斜視図である。軸受装置１は、軸受２と、センサユニット６と、磁気リング７とを備える。軸受２は、外輪３と、内輪４とを含む。軸受２は、例えば、外輪３が静止輪となり、内輪４が回転輪となる。軸受２は、深溝玉軸受を一例として説明するが、軸受２の種類は深溝玉軸受に限定されない。

ここで、軸受２は、軸受の主要寸法（内径、外径、幅など）が特定の規格に記載の標準軸受である。標準軸受とは、例えば、ＩＳＯ規格・ＪＩＳ規格に記載がある寸法の軸受である。軸受２は、ラジアル軸受であり、軸受２の主要寸法は、ＩＳＯ１５またはＪＩＳＢ１５１２－１に規定される寸法である。以下では、軸受２のことを標準軸受２とも称する。

センサユニット６は、ステータ５と、蓋１４とを含む。ステータ５の構造の詳細は後述する。蓋１４は、非金属の樹脂製部材であり、センサユニット６の内部を保護する。磁気リング７は、Ｎ極とＳ極とを周方向に交互に着磁した磁性体部材である。ステータ５は、外輪３に固定され、磁気リング７は、内輪４に固定される。ステータ５と磁気リング７とによって発電機Ｇが構成される。発電機Ｇは、クローポール型の発電機であるが、他の構造の発電機であってもよい。図１の一点鎖線は、軸受２の回転軸Ｏである。

図２は、軸受２の回転軸Ｏを含む平面における断面図である。軸受２は、外輪３と、内輪４と、転動体８と、保持器９と、シール１０とを含む。軸受２は、軸受２の端面１１と転動体８との距離Ｗがセンサユニット６および磁気リング７を収納可能な標準軸受の型番のサイズから選択すればよい。端面１１は、外輪３の端面でもある。

外輪３の一方端の内周面には、外輪３の端部の凹部としての段付きの第１の切欠き部３ａが形成される。内輪４の一方端の外周面には、第１の切欠き部３ａと対向するように内輪４の端部の凹部としての段付きの第２の切欠き部４ａが形成される。軸受２の軸方向（アキシャル方向とも称する）において、外輪３から内輪４に亘り、第１の切欠き部３ａおよび第２の切欠き部４ａにより転動体８へ向けて切欠いた環状の凹部５０による環状空間が形成される。

センサユニット６は、保持部材１２と、回路基板１３と、ステータ５と、蓋１４とを含む。保持部材１２は、軸受２の径方向（ラジアル方向とも称する）に第１の領域１２ｂと第２の領域１２ｃとに保持部材１２を隔てる隔壁１２ａを有する磁性体材料である。第１の領域１２ｂの内底面１２ｄには回路基板１３が固定され、第２の領域１２ｃにはステータ５が配置される。蓋１４は、内底面１２ｄに固定される回路基板１３を保護する。蓋１４の代わりに樹脂封止材を用いて回路基板１３を封止してもよい。

保持部材１２の第１の領域１２ｂ側の外径面は、外輪３に形成された第１の切欠き部３ａに嵌合して固定される。保持部材１２は、外輪３の端面１１からはみ出さないように、圧入または接着される。なお、保持部材１２は、圧入と接着とを併用して固定されてもよいし、これら以外の方法で固定されてもよい。保持部材１２を第１の切欠き部３ａに固定した際、転動体８と保持部材１２との間には一定の隙間が確保される。これにより、転動体８と保持部材１２とは、アキシャル方向の変位が生じた場合も隙間により転動体８と保持部材１２とが接触しないようにすることができる。

ステータ５は、２つの磁性体部材２１，２２と、ボビン２３と、コイル２４とを含む。第２の領域１２ｃを含む保持部材１２の部分が、ステータ５の磁性体部材２１として用いられる。

磁気リング７は、芯金７ａと、多極磁石７ｂとを含む。多極磁石７ｂは、例えば、磁性粉とゴムとを混錬した磁性体材料を芯金７ａに加硫接着してから、Ｎ極とＳ極とを軸受２の周方向に交互に着磁したものである。磁気リング７の芯金７ａは、剛性を高めるためにフランジ部７ｃを有している。磁気リング７は、内輪４の外径面４ｂに圧入等により固定される。フランジ部７ｃは、内輪４に形成される第２の切欠き部４ａに収まる。磁気リング７は、内輪４の端面２０からはみ出さないように配置される。

環状の凹部５０の内部には、磁気リング７、ステータ５、および回路基板１３が軸受２の軸方向に互いに重ならないように配置される。これにより、環状の凹部５０の内部に各部品を配置できるため軸受２の寸法を抑えることができる。さらに、軸受装置１は、例えば、磁気リング７が内輪４に固定され、対向する位置の外輪３にステータ５が固定される。内輪４および外輪３は、軸受２の軸方向への変動が保持器９と比較し小さいため、発電機Ｇによって安定した発電量を確保し、軸受装置の寸法を抑えつつも正常に機能することができる。

図３は、保持器９を説明するための図である。保持器９には、環状の保持器本体の軸方向の端面９１の周方向に沿って所定ピッチで凹部９３が形成される。凹部９３の周方向に対向する開口端から突出するように一対の爪部９４，９４が形成される。凹部９３と一対の爪部９４，９４とによって図２に示す転動体８が収納されるポケット９５が形成される。このように、保持器９の形状は、一方の端面９１側が開放され、他方の端面９２が連結された形状である。保持器９は、樹脂製部材であり、開放側にセンサユニット６と磁気リング７とが端面１１および端面２０からはみ出さないように配置される。

図４は、軸受装置１をセンサユニット６側から見た図である。図４では、センサユニット６の内部が分かるように蓋１４の一部を省略して図示している。回路基板１３には、軸受２の状態を監視するセンサが１つ以上実装されている。例えば、回路基板１３には、加速度センサ１５と温度センサ１６とが実装される。なお、温度センサ１６は、保持部材１２の内底面１２ｄに設けた図示しない孔から挿入され、外輪３の第１の切欠き部３ａの端面に近接（または接触）させるように、回路基板１３の裏面に実装してもよい。これにより、温度センサ１６が外輪３に近づき、軸受２の温度を正確に測定することができる。

回路基板１３には、さらに、電源回路１７と、ワイヤレス通信回路１８とが実装されている。電源回路１７は、発電機Ｇで生成される交流電力を整流して直流電力に変換する。加速度センサ１５、温度センサ１６、およびワイヤレス通信回路１８では、電源回路１７によって変換された直流電力が使用される。回路基板１３には、端子２５が配置されている。

ワイヤレス通信回路１８は、アンテナ部１８ａを含む。ワイヤレス通信回路１８は、軸受２の状態を監視する加速度センサ１５および温度センサ１６の出力をアンテナ部１８ａを用いて無線で外部に送信する。回路基板１３は、複数のねじ１９により保持部材１２に固定されている。なお、回路基板１３は、保持部材１２に対し接着固定されてもよい。ワイヤレス通信回路１８を実装した回路基板１３は、樹脂製の蓋１４と対向して配置される。これにより、ワイヤレス通信回路１８は、金属などの導電性材料で密閉されない構造となる。このため、ワイヤレス通信回路１８内のアンテナ部１８ａを用いて無線通信が可能となる。

図５は、センサユニット６の分解斜視図である。図６は、センサユニット６の組立て後の斜視図である。センサユニット６は、保持部材１２と、回路基板１３と、ステータ５とを含む。回路基板１３は、保持部材１２の第１の領域１２ｂの内底面１２ｄに固定される。ステータ５は、保持部材１２の第２の領域１２ｃに配置される。ステータ５は、２つの磁性体部材２１，２２と、ボビン２３と、コイル２４とを含む。第２の領域１２ｃの隔壁１２ａを含む保持部材１２の一部が、ステータ５の磁性体部材２１として用いられる。

磁性体部材２１，２２の断面は、Ｕ字状である。磁性体部材２１の内周部には、複数の爪部２１ａが形成される。磁性体部材２２の内周部には、複数の爪部２２ａが形成される。ボビン２３の円周方向に設けられた溝には、マグネットワイヤを複数回巻いたコイル２４が配置される。なお、ボビン２３は、省略してもよい。

ステータ５の組立方法について以下に述べる。まず、コイル２４を巻いたボビン２３を磁性体部材２２の内部に挿入した状態で、磁性体部材２１の複数の爪部２１ａと磁性体部材２２の複数の爪部２２ａとが周方向に隙間を開けて交互に配置されるように組立てる。次いで、磁性体部材２２の外周面２２ｂを磁性体部材２１の隔壁１２ａの内周面に嵌合するように固定する。

磁性体部材２１の複数の爪部２１ａおよび磁性体部材２２の複数の爪部２２ａは、図２に示す磁気リング７の多極磁石７ｂとの隙間が確保された状態で、対向して配置される。ステータ５における磁性体部材２１の複数の爪部２１ａおよび磁性体部材２２の複数の爪部２２ａと磁気リング７とによってクローポール型の発電機Ｇが構成される。複数の爪部２１ａ，２２ａを合わせた数は、多極磁石７ｂの極数（Ｎ極とＳ極を合わせた数）と等しい。

多極磁石７ｂのＮ極から出た磁束は、例えば、磁極である複数の爪部２１ａ（または複数の爪部２２ａ）から磁性体部材２１（まはた磁性体部材２２）に入り、コイル２４の周りを回って隣接する複数の爪部２２ａ（または複数の爪部２１ａ）を経由し多極磁石７ｂのＳ極に戻る。内輪４の回転によって多極磁石７ｂ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２４の両端に交流電力が発生する。

ステータ５から引き出されたコイル２４の巻き始めおよび巻き終わりの図示しない各端部は、回路基板１３に設けられた端子２５に接続される。内輪４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１７によって直流電力に変換される。

軸受装置１のセンサユニット６は、隔壁１２ａにより保持部材１２の径方向に、第１の領域１２ｂと第２の領域１２ｃに領域が２分割される。第１の領域１２ｂには回路基板１３が配置され、第２の領域１２ｃにはクローポール型の発電機Ｇにおけるステータ５が配置される。磁気リング７は、ステータ５と対向する内径側に配置される。

このように、軸受装置１は、回路基板１３とステータ５と磁気リング７とが軸受２の軸方向に互いに重ならないように順に配置される構造である。さらに、軸受装置１は、軸受２の端面１１からセンサユニット６がはみ出さない形状であるとともに、内輪４の端面２０から磁気リング７がはみ出さない形状である。これにより、軸受装置１では、アキシャル方向においてセンサユニット６を薄く製作することができる。

軸受装置１は、ラジアル方向にステータ５と磁気リング７とが配置されクローポール型の発電機Ｇを構成する。このため、ステータ５および磁気リング７は、軸受装置１の使用によるガタつきが少ない部品に固定されるため、発電機Ｇによって安定した発電量を確保することができる。

ここで、保持部材１２は、隔壁１２ａにより第１の領域１２ｂと第２の領域１２ｃとの２つの領域に分割される。第１の領域１２ｂを含む保持部材１２の部分は、回路基板１３を保持するために用いられ、第２の領域１２ｃを含む保持部材１２の部分は、磁性体部材２１として兼用される。このため、軸受装置１は、部品点数を削減することができるとともに、保持部材１２にステータ５を強固に固定することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２においては、実施の形態１のセンサユニット６と異なる構造のセンサユニット６Ａについて説明する。図７は、実施の形態２におけるセンサユニット６Ａと磁気リング７とを抽出した断面図である。図８は、実施の形態２のセンサユニット６Ａの分解斜視図である。図９は、実施の形態２のセンサユニット６Ａの組立て後の斜視図である。以下では、実施の形態１のセンサユニット６と同様の構成については説明を省略する。

センサユニット６Ａは、保持部材１２Ａと、回路基板１３と、ステータ５Ａと、蓋１４とを含む。保持部材１２Ａは、実施形態１の隔壁１２ａが削除されている。保持部材１２Ａの形状は、環状であるとともに、外周部１２Ａｂと内周部１２Ａａと外周部１２Ａｂおよび内周部１２Ａａを繋ぐ底部１２Ａｄとを有する断面がＵ字状である。内周部１２Ａａの側面には、ステータ５Ａが圧入により固定される。ステータ５Ａは、接着で固定されてもよく、または圧入および接着を併用して固定されるようにしてもよい。保持部材１２Ａの底部１２Ａｄには、回路基板１３が固定される。

ステータ５Ａは、磁性体部材２６と、ボビン２３と、コイル２４とを含む。磁性体部材２６は、磁性体部材２６－１と磁性体部材２６－２とを含む。磁性体部材２６－１，２６－２の断面は、Ｕ字状である。磁性体部材２６－１の内周部には、複数の爪部２６ａが形成される。磁性体部材２６－２の内周部には、複数の爪部２６ｂが形成される。複数の爪部２６ａと複数の爪部２６ｂとは、周方向に隙間を開けて交互に配置される。

磁性体部材２６－１および磁性体部材２６－２の外周部には、凹部２６ｃと凸部２６ｄとが複数形成されている。凹部２６ｃと凸部２６ｄとを嵌合させることにより、複数の爪部２６ａと複数の爪部２６ｂとの位置合わせが容易になる。

保持部材１２Ａ、磁性体部材２６－１、および磁性体部材２６－２は、断面がＵ字状であり形状が簡単であるため、プレス加工が容易となり、製作コストを低減することができる。

［実施の形態３］
実施の形態３においては、実施の形態１のセンサユニット６と異なる構造のセンサユニット６Ｂについて説明する。図１０は、実施の形態３におけるセンサユニット６Ｂと磁気リング７とを抽出した断面図である。図１１は、実施の形態３のセンサユニット６Ｂの分解斜視図である。図１２は、実施の形態３のセンサユニット６Ｂの組立て後の斜視図である。以下では、実施の形態１のセンサユニット６と同様の構成については説明を省略する。

センサユニット６Ｂは、保持部材１２Ｂと、回路基板１３と、ステータ５Ｂと、蓋１４とを含む。センサユニット６Ｂの保持部材１２Ｂは、回路基板１３を固定する機能と、ステータ５Ｂの磁性体部材２７としての機能を有する。保持部材１２Ｂ（磁性体部材２７）の形状は、環状であるとともに、外周部２７ａと内周部２７ｂと外周部２７ａおよび内周部２７ｂを繋ぐ底部２７ｃとを有する断面がＵ字状である。内周部２７ｂは、複数の爪部２７ｄによって形成される。底部２７ｃには、軸受２の周方向に離間する複数の凹部２７ｅが形成される。

ステータ５Ｂは、磁性体部材２８を含む。磁性体部材２８の形状は、環状であるとともに、外周部２８ａと内周部２８ｂと外周部２８ａおよび内周部２８ｂを繋ぐ底部２８ｃとを有する断面がＵ字状である。内周部２８ｂは、磁性体部材２７の複数の爪部２７ｄと対向する複数の爪部２８ｄによって形成される。外周部２８ａにおける軸受２の軸方向の端部には、軸受２の周方向に離間する複数の凸部２８ｅが形成される。

ステータ５Ｂの組立方法について以下に述べる。コイル２４を巻いたボビン２３を磁性体部材２８の内部に挿入した状態で、磁性体部材２８の凸部２８ｅと磁性体部材２７の凹部２７ｅを嵌合させる。複数の凹部２７ｅと複数の凸部２８ｅとが嵌合することによって、磁性体部材２７の複数の爪部２７ｄと、磁性体部材２８の複数の爪部２８ｄとが周方向に隙間を開けて交互に配置される。複数の凹部２７ｅと複数の凸部２８ｅとによって、複数の爪部２７ｄと、複数の爪部２８ｄとの位置合わせが容易となる。磁性体部材２８の凸部２８ｅを除く端面は、磁性体部材２７の底部２７ｃに当接する。

磁性体部材２７の凹部２７ｅと磁性体部材２８の凸部２８ｅとは、圧入により固定される。しかし、凹部２７ｅと凸部２８ｅとは、接着、レーザを用いた溶接によって固定されるようにしてもよい。または、圧入、接着、溶接を組み合わせて凹部２７ｅと凸部２８ｅとを固定してもよい。凹部２７ｅと凸部２８ｅとを嵌合させることにより、治具を用いることなく２つの磁性体部材２７，２８の同軸を合わせるとともに、複数の爪部２７ｄ，２８ｄの位置合わせを容易に行うことができる。なお、凹部２７ｅと凸部２８ｅとは、それぞれ３個以上形成されるのが好ましい。

保持部材１２Ｂは、磁性体部材２７の機能を兼用するため、部品点数を削減できる。磁性体部材２７および磁性体部材２８は、断面がＵ字状であり形状が簡単であるため、プレス加工が容易となり、製作コストを低減することができる。

なお、凹部２７ｅと凸部２８ｅとは省略してもよい。この場合、図示しない治具を用いて磁性体部材２７，２８の同軸と、複数の爪部２７ｄ，２８ｄの位置合わせを行った状態において、磁性体部材２７の底部２７ｃと磁性体部材２８の外周部２８ａの端部との当接面をレーザ溶接等により固定してもよい。

［実施の形態４］
実施の形態４においては、実施の形態１のセンサユニット６と異なる構造のセンサユニット６Ｃについて説明する。図１３は、実施の形態４におけるセンサユニット６Ｃと磁気リング７とを抽出した断面図である。図１４は、実施の形態４のセンサユニット６Ｃの分解斜視図である。図１５は、実施の形態４のセンサユニット６Ｃの組立て後の斜視図である。以下では、実施の形態１のセンサユニット６と同様の構成については説明を省略する。

センサユニット６Ｃは、回路基板１３と、ステータ５Ｃとを含む。センサユニット６Ｃは、ステータ５Ｃを保持する保持部材自体が軸受２の径方向に延伸された磁性体部材２９により形成される。磁性体部材２９は、磁性体部材２９－１と磁性体部材２９－２とを含む。磁性体部材２９－１の形状は、環状であるとともに、外周部２９－１ｂと内周部２９－１ａと外周部２９－１ｂおよび内周部２９－１ａを繋ぐ底部２９－１ｄとを有する断面がＵ字状である。内周部２９－１ａは、複数の爪部２９ａによって形成される。

磁性体部材２９－２の形状は、環状であるとともに、外周部２９－２ｂと内周部２９－２ａと外周部２９－２ｂおよび内周部２９－２ａを繋ぐ底部２９－２ｄとを有する断面がＵ字状である。内周部２９－２ａは、複数の爪部２９ｂによって形成される。複数の爪部２９ａと複数の爪部２９ｂとは、周方向に隙間を開けて交互に配置される。

磁性体部材２９－１および磁性体部材２９－２の外周部２９－１ｂ，２９－２ｂには、凸部２９ｃと凹部２９ｄとが複数形成されている。凸部２９ｃと凹部２９ｄとを嵌合させることにより、複数の爪部２９ａと複数の爪部２９ｂとの位置合わせが容易になる。磁性体部材２９は、軸受２の一方端に配置される。

コイル２４を巻いたボビン２３は、複数の爪部２９ａおよび複数の爪部２９ｂが位置する内周側に配置される。回路基板１３は、コイル２４と軸受２の径方向と反対の外周側に配置される。回路基板１３は、例えば、磁性体部材２９－１の底部２９－１ｄに図示しないねじで固定される。ワイヤレス通信回路１８のアンテナ部１８ａが配置される位置と対向する磁性体部材２９－２の側面の位置（底部２９－２ｄ）には、孔部２９ｅが形成される。

孔部２９ｅは、非導電性部材である樹脂部材３０により閉塞される。これにより、センサユニット６Ｃは、孔部２９ｅからワイヤレス通信の電波を外部に発信することができるとともに、外部から磁性体部材２９の内部空間に異物が入ることを防止することによって内部に位置するコイル２４、回路基板１３等を保護することができる。なお、孔部２９ｅから樹脂封止材を注入して回路基板１３等を樹脂材料によって覆うようにしてもよい。この場合、磁性体部材２９－２の底部２９－２ｄの周方向に複数の孔部を設け、それぞれの孔部から樹脂封止材を注入し、磁性体部材２９の内部空間に気泡が残らないようにすればよい。

センサユニット６Ｃは、磁性体部材２９－１と磁性体部材２９－２とにより形成される内部空間に回路基板１３が実装される。これにより、磁性体部材２９により回路基板１３を保護することができる。センサユニット６Ｃは、保持部材自体が磁性体部材２９－１により形成されるとともに、磁性体部材２９－２が蓋を兼ねるため、部品点数を削減できる。

（変形例）
前述の実施の形態においては、外輪３を固定輪、内輪４を回転輪とした例で説明したが、外輪３を回転輪、内輪４を固定輪としてもよい。この場合、外輪３に磁気リング７、内輪４にセンサユニット６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃが固定された構造とすればよい。

（まとめ）
本開示の軸受装置１は、外輪３、内輪４および転動体８を含む軸受２と、外輪３または内輪４のいずれか一方に固定される磁気リング７と、磁気リング７と軸受２の径方向に対向するように配置され、外輪３または内輪４のいずれか他方に固定されるステータ５と、回路基板１３と、を備える。磁気リング７とステータ５とは、交流電力を生成する発電機Ｇを構成する。回路基板１３は、軸受２の状態を検出する少なくとも１つのセンサ（例えば、加速度センサ１５，温度センサ１６）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１８と、発電機Ｇで生成される交流電力を少なくとも１つのセンサおよびワイヤレス通信回路１８で使用可能な直流電力に変換する電源回路１７と、を含む。外輪３の端部と内輪４の端部とで形成された環状空間内には、磁気リング７、ステータ５、および回路基板１３が軸受２の軸方向に互いに重ならないように配置される。

このような構成を備えることによって、環状空間内には、磁気リング７、ステータ５、および回路基板１３が軸受２の軸方向に互いに重ならないように配置される。これにより、環状空間内に各部品を配置できるため軸受２の寸法を抑えることができる。さらに、軸受装置１は、例えば、磁気リング７が内輪４に固定され、対向する位置の外輪３にステータ５が固定される。内輪４および外輪３は、軸受２の軸方向への変動が小さいため、発電機Ｇによって安定した発電量を確保し、軸受装置の寸法を抑えつつも正常に機能することができる。

好ましくは、環状空間は、外輪３の一方端の内周面に形成される第１の切欠き部３ａと、第１の切欠き部３ａに対向するように、内輪４の一方端の外周面に形成される第２の切欠き部４ａと、によって形成される。

このような構成を備えることによって、第１の切欠き部３ａと第２の切欠き部４ａとによって形成される環状空間に各部品を配置できるため軸受２の寸法を抑えることができる。

好ましくは、第１の切欠き部３ａまたは第２の切欠き部４ａの一方には、回路基板１３およびステータ５を保持する保持部材１２が固定され、第１の切欠き部３ａまたは第２の切欠き部４ａの他方には、磁気リング７が固定される。

このような構成を備えることによって、例えば、第１の切欠き部３ａに回路基板１３およびステータ５を保持する保持部材１２が固定され、第２の切欠き部４ａに磁気リング７が固定される。このため、ステータ５および磁気リング７は、軸受装置１の使用によるガタつきが少ない部品に固定されるため、発電機Ｇによって安定した発電量を確保することができる。

好ましくは、保持部材１２は、軸受２の径方向に第１の領域１２ｂと第２の領域１２ｃとに保持部材１２を隔てる隔壁１２ａを有する磁性体材料である。第１の領域１２ｂまたは第２の領域１２ｃのいずれか一方を含む保持部材１２の部分は、ステータ５として用いられる。

このような構成を備えることによって、例えば、保持部材１２は、隔壁１２ａにより第１の領域１２ｂと第２の領域１２ｃとの２つの領域に分割される。第１の領域１２ｂを含む保持部材１２の部分は、回路基板１３を保持するために用いられ、第２の領域１２ｃを含む保持部材１２の部分は、磁性体部材２１として兼用される。このため、軸受装置１は、部品点数を削減することができるとともに、保持部材１２にステータ５を強固に固定することができる。

好ましくは、保持部材１２Ａの形状は、環状であるとともに、外周部１２Ａｂと内周部１２Ａａと外周部１２Ａｂおよび内周部１２Ａａを繋ぐ底部１２Ａｄとを有する断面がＵ字状である。ステータ５は、外周部１２Ａｂまたは内周部１２Ａａのいずれか一方に固定され、回路基板１３は、底部１２Ａｄに固定される。

このような構成を備えることによって、保持部材１２Ａは、断面がＵ字状であり形状が簡単であるため、プレス加工が容易となり、製作コストを低減することができる。

好ましくは、ステータ５Ｂは、コイル２４と、複数の爪部２７ｄが形成された磁性体部材２７および複数の爪部２８ｄが形成された磁性体部材２８とを含む。コイル２４は、磁性体部材２７と磁性体部材２８とを組合せることによって形成される内部空間に収納される。保持部材１２Ｂは、磁性体部材２７である。磁性体部材２７の形状は、環状であるとともに、外周部２７ａと内周部２７ｂと外周部２７ａおよび内周部２７ｂを繋ぐ底部２７ｃとを有する断面がＵ字状である。内周部２７ｂは、複数の爪部２７ｄによって形成される。底部２７ｃには、軸受２の周方向に離間する複数の凹部２７ｅが形成される。磁性体部材２８の形状は、環状であるとともに、外周部２８ａと内周部２８ｂと外周部２８ａおよび内周部２８ｂを繋ぐ底部２８ｃとを有する断面がＵ字状である。内周部２８ｂは、複数の爪部２７ｄと対向する複数の爪部２８ｄによって形成される。外周部２８ａにおける軸受２の軸方向の端部には、軸受２の周方向に離間する複数の凸部２８ｅが形成される。複数の凹部２７ｅと複数の凸部２８ｅとが嵌合することによって、複数の爪部２７ｄおよび複数の爪部２８ｄが、軸受２の周方向に隙間を空けて交互に配置される。

このような構成を備えることによって、保持部材１２Ｂは、磁性体部材２７の機能を兼用するため、部品点数を削減できる。磁性体部材２７および磁性体部材２８は、断面がＵ字状であり形状が簡単であるため、プレス加工が容易となり、製作コストを低減することができる。凹部２７ｅと凸部２８ｅとを嵌合させることにより、治具を用いることなく２つの磁性体部材２７，２８の同軸を合わせるとともに、複数の爪部２７ｄ，２８ｄの位置合わせを容易に行うことができる。

好ましくは、ステータ５Ｃは、コイル２４と、複数の爪部２９ａが形成された磁性体部材２９－１および複数の爪部２９ｂが形成された磁性体部材２９－２とを含む。コイル２４は、磁性体部材２９－１と磁性体部材２９－２とを組合せることによって形成される内部空間に収納される。保持部材は、磁性体部材２９－１および磁性体部材２９－２である。磁性体部材２９－１の形状は、環状であるとともに、外周部２９－１ｂと内周部２９－１ａと外周部２９－１ｂおよび内周部２９－１ａを繋ぐ底部２９－１ｄとを有する断面がＵ字状である。外周部２９－１ｂまたは内周部２９－１ａは、複数の爪部２９ａによって形成される。磁性体部材２９－２の形状は、環状であるとともに、外周部２９－２ｂと内周部２９－２ａと外周部２９－２ｂおよび内周部２９－２ａを繋ぐ底部２９－２ｄとを有する断面がＵ字状である。外周部２９－２ｂまたは内周部２９－２ａは、複数の爪部２９ｂによって形成される。磁性体部材２９は、軸受２の一方端に配置される。複数の爪部２９ａおよび複数の爪部２９ｂは、軸受２の周方向に隙間を空けて交互に配置される。コイル２４は、複数の爪部２９ａおよび複数の爪部２９ｂが位置する側に配置される。回路基板１３は、コイル２４と軸受の径方向の反対側に配置される。ワイヤレス通信回路１８は、アンテナ部１８ａを含む。アンテナ部１８ａが配置される位置と対向する磁性体部材２９－２の側面の位置には、孔部２９ｅが形成される。

このような構成を備えることによって、保持部材自体が磁性体部材２９－１により形成されるとともに、磁性体部材２９－２が蓋を兼ねるため、部品点数を削減できる。さらに、孔部２９ｅからワイヤレス通信の電波を外部に発信することができるとともに、外部から磁性体部材２９の内部空間に異物が入ることを防止することによって内部に位置するコイル２４、回路基板１３等を保護することができる。

本開示の軸受装置１は、外輪３、内輪４および転動体８を含む軸受の主要寸法が特定の規格に記載の標準軸受２を備える。軸受装置１は、外輪３または内輪４のいずれか一方に固定される磁気リング７と、磁気リング７と標準軸受２の径方向に対向するように配置され、外輪３または内輪４のいずれか他方に固定されるステータ５と、回路基板１３と、を備える。磁気リング７とステータ５とは、交流電力を生成する発電機Ｇを構成する。回路基板１３は、標準軸受２の状態を検出する少なくとも１つのセンサ（例えば、加速度センサ１５，温度センサ１６）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１８と、発電機Ｇで生成される交流電力を少なくとも１つのセンサおよびワイヤレス通信回路１８で使用可能な直流電力に変換する電源回路１７と、を含む。外輪３の端部と内輪４の端部とで形成された環状空間内には、磁気リング７、ステータ５、および回路基板１３が配置される。

このような構成を備えることによって、環状空間内に各部品を配置できるため標準軸受２の寸法を抑えることができる。さらに、軸受装置１は、例えば、磁気リング７が内輪４に固定され、対向する位置の外輪３にステータ５が固定される。内輪４および外輪３は、軸受２の軸方向への変動が小さいため、発電機Ｇによって安定した発電量を確保し、軸受装置の寸法を抑えつつも正常に機能することができる。

好ましくは、環状空間内には、磁気リング７、ステータ５、および回路基板１３が標準軸受２の軸方向に互いに重ならないように配置される。

このような構成を備えることによって、環状空間内に各部品を配置できるため標準軸受２の寸法を抑えることができる。

好ましくは、回路基板１３の形状は、円弧状である。少なくとも１つのセンサとワイヤレス通信回路１８と電源回路１７とは、回路基板１３の円周上に、軸方向で互いに重ならないように配置される。

このような構成を備えることによって、標準軸受２の軸方向への厚みを増加させることなく複数の電子部品を回路基板１３の円周上に配置することができ、標準軸受２の寸法を抑えることができる。

好ましくは、特定の規格は、ＩＳＯまたはＪＩＳである。
このような構成を備えることによって、ＩＳＯまたはＪＩＳの規格にある寸法の標準軸受に適用することができる。

好ましくは、標準軸受２は、ラジアル軸受である。ラジアル軸受の主要寸法は、ＩＳＯ１５またはＪＩＳＢ１５１２－１に規定される寸法である。

このような構成を備えることによって、ＩＳＯ１５またはＪＩＳＢ１５１２－１に規定される寸法の標準軸受に適用することができる。

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。

１ 軸受装置、２ 軸受、標準軸受、３ 外輪、３ａ 第１の切欠き部、４ 内輪、４ａ 第２の切欠き部、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ ステータ、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ センサユニット、７ 磁気リング、７ａ 芯金、７ｂ 多極磁石、８ 転動体、９ 保持器、１０ シール、１２，１２Ａ，１２Ｂ 保持部材、１２Ａａ，２７ｂ，２８ｂ，２９－１ａ 内周部、１２Ａｂ，２７ａ，２８ａ，２９－１ｂ 外周部、１２Ａｄ，２７ｃ，２８ｃ，２９－１ｄ 底部、１２ａ 隔壁、１２ｂ 第１の領域、１２ｃ 第２の領域、１３ 回路基板、１４ 蓋、１５ 加速度センサ、１６ 温度センサ、１７ 電源回路、１８ ワイヤレス通信回路、１８ａ アンテナ部、２１，２２，２６，２７，２８，２９ 磁性体部材、２１ａ，２２ａ，２６ａ，２６ｂ，２７ｄ，２８ｄ，２９ａ，２９ｂ 複数の爪部、２３ ボビン、２４ コイル、２６ｃ，２７ｅ，２９ｄ 凹部、２６ｄ，２８ｅ，２９ｃ 凸部、２９ｅ 孔部、３０ 樹脂部材、５０ 環状の凹部、Ｇ 発電機、Ｏ 回転軸。

Claims (7)

1. 外輪、内輪および転動体を含む軸受と、
   前記外輪または前記内輪のいずれか一方に固定される磁気リングと、
   前記磁気リングと前記軸受の径方向に対向するように配置され、前記外輪または前記内輪のいずれか他方に固定されるステータと、
   回路基板と、を備え、
   前記磁気リングと前記ステータとは、交流電力を生成する発電機を構成し、
   前記回路基板は、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、前記発電機で生成される交流電力を前記少なくとも１つのセンサおよび前記ワイヤレス通信回路で使用可能な直流電力に変換する電源回路と、を含み、
   前記外輪の端部と前記内輪の端部とで形成された環状空間内には、前記磁気リング、前記ステータ、および前記回路基板が前記軸受の軸方向に互いに重ならないように配置される、軸受装置。
2. 前記環状空間は、前記外輪の一方端の内周面に形成される第１の切欠き部と、前記第１の切欠き部に対向するように、前記内輪の一方端の外周面に形成される第２の切欠き部と、によって形成される、請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記第１の切欠き部または前記第２の切欠き部の一方には、前記回路基板および前記ステータを保持する保持部材が固定され、前記第１の切欠き部または前記第２の切欠き部の他方には、前記磁気リングが固定される、請求項２に記載の軸受装置。
4. 前記保持部材は、前記軸受の径方向に第１の領域と第２の領域とに前記保持部材を隔てる隔壁を有する磁性体材料であり、
   前記第１の領域または前記第２の領域のいずれか一方を含む前記保持部材の部分は、前記ステータとして用いられる、請求項３に記載の軸受装置。
5. 前記保持部材の形状は、環状であるとともに、外周部と内周部と前記外周部および前記内周部を繋ぐ底部とを有する断面がＵ字状であり、
   前記ステータは、前記外周部または前記内周部のいずれか一方に固定され、
   前記回路基板は、前記底部に固定される、請求項３に記載の軸受装置。
6. 前記ステータは、コイルと、第１の複数の爪部が形成された第１の磁性体部材および第２の複数の爪部が形成された第２の磁性体部材とを含み、
   前記コイルは、前記第１の磁性体部材と前記第２の磁性体部材とを組合せることによって形成される内部空間に収納され、
   前記保持部材は、前記第１の磁性体部材であり、
   前記第１の磁性体部材の形状は、環状であるとともに、第１の外周部と第１の内周部と前記第１の外周部および前記第１の内周部を繋ぐ第１の底部とを有する断面がＵ字状であり、
   前記第１の内周部または前記第１の外周部の一方は、前記第１の複数の爪部によって形成され、
   前記第１の底部には、前記軸受の周方向に離間する複数の凹部が形成され、
   前記第２の磁性体部材の形状は、環状であるとともに、第２の外周部と第２の内周部と前記第２の外周部および前記第２の内周部を繋ぐ第２の底部とを有する断面がＵ字状であり、
   前記第２の内周部または前記第２の外周部の一方は、前記第１の複数の爪部と対向する前記第２の複数の爪部によって形成され、
   前記第２の外周部または前記第２の内周部の他方における前記軸受の軸方向の端部には、前記軸受の周方向に離間する複数の凸部が形成され、
   前記複数の凹部と前記複数の凸部とが嵌合することによって、前記第１の複数の爪部および前記第２の複数の爪部が、前記軸受の周方向に隙間を空けて交互に配置される、請求項３に記載の軸受装置。
7. 前記ステータは、コイルと、第１の複数の爪部が形成された第１の磁性体部材および第２の複数の爪部が形成された第２の磁性体部材とを含み、
   前記コイルは、前記第１の磁性体部材と前記第２の磁性体部材とを組合せることによって形成される内部空間に収納され、
   前記保持部材は、前記第１の磁性体部材および前記第２の磁性体部材であり、
   前記第１の磁性体部材の形状は、環状であるとともに、第１の外周部と第１の内周部と前記第１の外周部および前記第１の内周部を繋ぐ第１の底部とを有する断面がＵ字状であり、
   前記第１の外周部または前記第１の内周部は、前記第１の複数の爪部によって形成され、
   前記第２の磁性体部材の形状は、環状であるとともに、第２の外周部と第２の内周部と前記第２の外周部および前記第２の内周部を繋ぐ第２の底部とを有する断面がＵ字状であり、
   前記第２の外周部または前記第２の内周部は、前記第２の複数の爪部によって形成され、
   前記第２の磁性体部材は、前記軸受の一方端に配置され、
   前記第１の複数の爪部および前記第２の複数の爪部は、前記軸受の周方向に隙間を空けて交互に配置され、
   前記コイルは、前記第１の複数の爪部および前記第２の複数の爪部が位置する側に配置され、
   前記回路基板は、前記コイルと前記軸受の径方向の反対側に配置され、
   前記ワイヤレス通信回路は、アンテナ部を含み、
   前記アンテナ部が配置される位置と対向する前記第２の磁性体部材の側面の位置には、孔部が形成される、請求項３に記載の軸受装置。