KR100689729B1

KR100689729B1 - 트랜스포머가 합체된 베어링

Info

Publication number: KR100689729B1
Application number: KR1020017004724A
Authority: KR
Inventors: 요하네스 안드리아누스 두이츠; 빈덴 요하네스 알버투스 판; 에두아르두스 게라르두스 마리아 홀베크; 안톤 파벨레츠
Original assignee: 에스케이에프 엔지니어링 앤 리서치 센터 비.브이.
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2007-03-09
Also published as: AU6372299A; EP1119751A1; CN1323390A; NL1010340C2; KR20010082229A; EP1119751B1; JP4365532B2; DE69922400D1; JP2002527704A; CN1149391C; DE69922400T2; WO2000023779A1; US6705761B1

Abstract

본 발명에 따른 베어링(1)은 베어링 축선(8)을 중심으로 회전하는 제1 부분(2) 및 제2 부분(3)을 포함하며, 상기 제1 부분(2)에는 제1 코일(4)이 마련되어 있고, 상기 제2 부분(3)은 상기 제1 부분(2)에 대해 회전 가능한 베어링으로서, 회전 가능한 상기 제2 부분(3)에는 상기 제1 코일(4)에 전자기적으로 결합되는 제2 코일(5)이 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

트랜스포머가 합체된 베어링{BEARING WITH INTEGRAL TRANSFORMER}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 베어링에 관한 것이다.

이러한 형태의 베어링이 영국 특허 출원 GB-A-237 932에 개시되어 있다. 이 출원 공보에 개시된 전기적 측정 장치는 고정 코어와 회전부 사이의 유도 결합 장치를 이용하여 회전부로부터 정지 코어로 측정 신호를 전달시킨다.

이 공지된 조립체의 불리한 점은, 신호를 회전부로부터 정지부로 전달하는 데에만 적절하다는 점이다. 예를 들면, 베어링의 회전 속도를 알 필요가 있는 경우도 종종 있다.

본 발명의 목적은 접촉없이 신호를 전달할 수 있고, 추가의 센서없이도 베어링의 회전 속도를 나타낼 수 있는 베어링을 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 베어링의 의해 달성된다.
본 발명에 따른 베어링의 유리한 점은 접촉없이 (전력 또는 데이터) 신호를 전달하는 것 외에도, 추가의 센서없이도 베어링의 회전 속도를 측정하는 센서의 역할을 한다는 점이다. 제1 코일과 제2 코일 사이의 결합은 베어링의 제1 부분이 제2 부분에 대해 회전함에 따라 변화하며, 따라서 제1 코일로부터 제2 코일로 전달되는 신호도 변하게 된다. 따라서, 제1 코일로부터 제2 코일로, 그리고 그 역방향으로 에너지 및/또는 데이터를 전달하는 것 외에도, 이 실시예는 베어링의 제2 부분에 대해 회전하는 제1 부분의 상대 (회전) 속도를 나타내는 신호를 얻을 수 있게 한다.

본 발명에 따른 베어링의 또 다른 유리한 점은 베어링의 회전부 상에 또는 그 회전부에 대하여 고정된 회로와 전기 신호를 교환할 수 있다는 것이다. 본 발명이 슬리브 베어링, 볼 베어링 및 롤러 베어링과 같은 모든 형태의 베어링에 적용될 수 있다는 것은 명백하다.

예를 들면, 슬립 링 및 접촉부의 조립체를 이용하여 회전축에 고정된 회로와 전기 신호를 교환할 수 있다는 것은 당업자라면 잘 알고 있는 것이다. 이 구성의 단점은 회전축 상의 접촉부와 슬립 링이 마모되기 쉽고, 전기적 연결부에 대한 신뢰성이 다소 떨어진다는 점이다. 또한, 슬립 링이 마찰을 추가적으로 발생시키는데, 이는 항상 바람직한 것은 아니다. 그리고, 슬립 링과 접촉부가 추가의 공간을 차지하는데, 이는 일부 용례에서는 불리할 수도 있다.

본 발명에 따른 베어링에 의하면, 회전축에 고정된 회로와 마찰이 발생하지 않고 신뢰성 있는 결합을 이룰 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 코일의 축선과 제2 코일의 축선은 베어링의 회전 축선과 일치한다. 이 구성에 의해서, 제1 코일 및 제2 코일 사이에 가능한 최대의 전자기적 결합이 이루어지며, 그 결과 보다 양호하고 신뢰성 있게 신호가 전달된다.

삭제

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 베어링이 비철 금속 재료로 이루어지는 경우에는 제1 코일 및/또는 제2 코일이 제1 부분 또는 제2 부분 내부의 홈에 각각 위치할 수 있다. 또 다른 실시예에 의하면, 제1 코일 및/또는 제2 코일을 각각 제1 부분 또는 제2 부분에 완전히 매설할 수도 있다. 비철 금속 재료는 자기력선을 전혀 교란시키지 않는다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1 코일 및/또는 제2 코일은 인쇄 권선을 포함한다. 또한, 제1 코일 또는 제2 코일에 각각 연결된 전자 회로는 베어링의 제1 부분 및/또는 제2 부분에 각각 합체될 수 있다. 상기 인쇄 권선 및/또는 전자 회로는, 예를 들면 당업계에 공지된 박막 기법으로 제조 및 적용될 수 있다. 이에 따라서, 본 발명에 따른 베어링을 보다 콤팩트화할 수 있다.

제1 덮개 및 제2 덮개가 U자형 단면의 원형 부재에 의해 형성되는 경우에는, 하나 이상의 공극은 U자형 단면의 원형 부재의 레그 중 하나에 형성되는 하나 이상의 홈에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

삭제

제2 양태에서, 본 발명은 본 발명에 따른 하나 이상의 베어링과, 이 하나 이상의 베어링에 의해 지지되는 회전축과의 조립체에 관한 것이며, 이 조립체는 제2 코일과 연결되는 연결부를 갖고 회전축에 고정되는 전기 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 베어링의 정지부로부터 회전부를 경유해서 회전축에 고정된 회로로, 그리고 그 역방향으로 전기적 결합을 이룰 수 있다.

본 발명의 한 가지 실시예에서, 상기 회로로부터의 신호는 신호선을 경유해서 제2 코일로 전달된다.

따라서, 본 발명에 따른 조립체를 사용하면, 예를 들면 측정 신호와 같이 회로로부터 발생하는 신호를 제1 코일 및 제2 코일을 경유해서 베어링의 정지부에서 이용할 수 있게 된다. 상기 신호는 이어서 평가 회로 또는 제어 회로로 간단히 보내질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 제1 코일은 전원에 연결되고, 제2 코일은 전력선을 경유해서 회로에 연결된다.

이에 따르면, 회전축 상의 회로에 전력을 공급할 수 있다.

본 발명에 따르면, 회로에 전력을 공급하고, 회로로부터의 신호를 베어링의 정지부에서 이용할 수 있도록 하기 위해서 다중 베어링을 사용할 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 예를 들면 당업자에게 공지된 방식으로 회로로부터의 신호를 회로에서 다중으로 송신함으로써, 하나 이상의 회로로부터의 신호를 베어링의 정지부로 전달할 수 있다는 것으로 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 트랜스포머가 합체된 베어링의 횡단면도.

도 2는 도 1의 베어링의 정면도.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트랜스포머가 합체된 베어링의 횡단면도.

도 4는 도 1 내지 도 3에 따른 2개의 베어링과, 회로가 부착된 회전축과의 조립체를 보여주는 도면.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 베어링의 또 다른 2개의 실시예의 횡단면도.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참고로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 트랜스포머가 합체된 베어링(1)의 횡단면도이다. 이 베어링(1)은 서로에 대해 회전할 수 있는 제1 부분(외부 링)(2) 및 제2 부분(내부 링)(3)으로 이루어진다. 베어링(1)은, 예를 들면 슬리브 베어링일 수 있으며, 볼 베어링 또는 롤러 베어링일 수도 있다. 외부 링(2)에는 제1 코일(4)이, 내부 링(3)에는 제2 코일(5)이 각각 마련된다. 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)의 축선은 베어링(1)의 회전 축선(8)과 일치하는 것이 바람직하다. 베어링의 한 가지 실시예에서, 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)은 오염물 및 윤활제가 접근하는 것을 방지하기 위한 제1 덮개(6) 및 제2 덮개(7)로 각각 둘러싸이도록 구성된다.

도 2는 도 1의 베어링의 정면도이다. 도 2로부터 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)의 중점이 베어링(1)의 회전 축선(8)과 일치한다는 것을 쉽게 알 수 있다. 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)은 구리와 같은 전도성 재료로 이루어진 다수의 권선으로 구성되는 것이 바람직하다. 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)은 한 코일에서 발생된 자속이 다른 코일에도 포함되도록 최대한 서로 가까이 위치한다. 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)의 전자기적인 상호 결합의 결과, 제1 코일(4)로부터 제2 코일(5)로, 그리고 그 역방향으로 전기 신호를 전달할 수 있다. 당업자라면 잘 알 수 있는 바와 같이, 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)의 전자기적 상호 결합은 이들 코일(4, 5)이 차지하는 표면적과, 각 코일(4, 5)의 권선의 개수에 좌우된다. 권선의 크기와 개수를 적절하게 선택함으로써 넓은 주파수 범위에서 강한 전자기적 결합을 얻을 수 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트랜스포머가 합체된 베어링(1)의 횡단면도이다. 이 실시예에서 베어링(1)의 제1 부분(2) 및 제2 부분(3)은 비철 금속 재료로 이루어진다. 이 구성에 의하면, 제1 코일(4)을 베어링(1)의 제1 부분(2)에 형성된 홈(15)에 배치하고, 제2 코일(5)을 제2 부분(3)의 내부에 완전히 매설할 수 있다. 제1 코일(4) 및 제2 코일(5) 모두를 각각의 홈(15)에 배치하거나 완전히 매설할 수도 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

제1 코일(4) 및/또는 제2 코일(5)을 베어링(1)의 제1 부분(2) 및 제2 부분(3) 상에 각각 인쇄 권선으로서 형성할 수도 있다. 또한, 제1 코일(4) 또는 제2 코일(5)에 연결된 전자 회로(도시 생략)를 베어링(1)의 일부분에 마련할 수 있으며, 그 결과 본 발명에 따른 베어링(1)을 더욱 콤팩트화할 수 있다.

도 4는 2개 부분(9a, 9b)으로 이루어진 회전축(9)을 지지하는, 2개의 트랜스포머가 합체된 베어링(1, 1')의 조립체를 보여준다. 이들 베어링(1, 1')은 다른 면에서는 서로 동일하지만, 보다 명확한 설명을 위해서 한 베어링(1)의 구성 요소와 상응하는 다른 베어링(1')의 구성 요소는 프라임(') 부호를 부가한 동일한 도면 부호로 지시하였다. 회전축(9)의 2개 부분(9a, 9b) 사이에는, 예를 들면 이들 부분(9a, 9b) 사이에 발생하는 비틀림을 측정하기 위한 측정 회로(10)가 위치한다. 이 형태의 비틀림 센서는 당업자에게 공지되어 있으므로 더 이상 자세히 설명하지 않는다.

측정 회로(10)는 신호선(11) 및 전력선(13)에 연결된다. 전력선(13)의 나머지 단부는 베어링(1')의 제2 코일(5')에 연결되고, 신호선(11)의 나머지 단부는 베어링(1)의 제2 코일(5)에 연결된다.

트랜스포머가 합체된 하나 이상의 베어링(1)과 회전축(9)의 조립체인 이 바람직한 실시예를 이용하면, 측정 회로(10)로부터의 측정 신호를 신호선(11)과, 베어링(1)의 회전부 상의 제2 코일(5)과, 이 제2 코일(5)과 전자기적으로 결합되는 제1 코일(4)을 경유해서 정지 신호선(12)을 통해 이용할 수 있게 된다.

따라서, 회전축(9) 상의 측정 회로(10)에는 베어링(1')의 비회전부 상의 제1 코일(4')에 연결된 정지 연결선(14)을 통해서 전력이 공급될 수 있다. 제1 코일(4')이 제2 코일(5')에 전자기적으로 연결되어 있으므로, 전력선(13)을 통해서 측정 회로(10)에서 전원을 이용할 수 있게 된다.

측정 회로(10)로부터의 신호는 다중으로 송신된 다중 측정 신호로 구성될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 그리고, 회전축(9) 상의 회로(10)로부터 베어링(1, 1')의 정지부 상의 정지 연결부(12, 14)로의 신호 경로는 2방향 전달에 적합하다는 것 또한 당업자라면 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 회로(10)에 소수의 설비를 추가함으로써 라인 하나와, 그에 따라 본 발명에 의한 베어링(1) 하나만으로도 회로(10)에 전력을 공급하고, 회전축(9) 상의 회로(10)로부터의 신호를 정지 신호선(12)을 경유해서 이용할 수 있게 된다.

도 5a 및 도 5b는 롤러 베어링(1)의 횡단면도로서, 이 롤러 베어링(1)은 외부 링(2)과, 내부 링 또는 축(3)과, 외부 볼 베어링 라이너(16)와, 내부 볼 베어링 라이너(17)와, 다수의 볼 베어링(18)을 포함한다. 이들 볼 베어링(18)으로 인해서, 본 발명에 따른 베어링의 코일(4, 5)이 외부 링(2)과 내부 링(3) 사이에 배치될 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 베어링을 더욱 콤팩트화할 수 있다. 도 5a로부터, 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)이 베어링의 축선 방향으로 동일한 위치에 있으며, 제1 코일(4)의 반경이 제2 코일(5)의 반경보다 크다는 것을 알 수 있다. 도 5b에는 2개 코일 배치의 변형례가 도시되어 있다. 이 경우 제1 코일(4)의 반경과 제2 코일(5)의 반경은 동일하다. 제1 코일(4) 및 제2 코일(5) 각각의 제1 덮개(6) 및 제2 덮개(7)는 U자형 단면을 갖는 자기 전도성 재료로 이루어지는 것이 바람직하며, 이들 제1 덮개(6) 및 제2 덮개(7)는 이들의 개방 단부가 서로 마주하도록 정렬된다. 이 구성에 의하면 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)이 자기적으로 포위되므로, 신호 전달이 더욱 효과적으로 이루어진다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 서로 마주하고 있는 제1 덮개(6) 및 제2 덮개(7)의 개방 단부가 특정 형상을 갖도록 구성함으로써, 제1 부분(2) 및 제2 부분(3)이 서로에 대해 회전함에 따라 제1 덮개(6) 및 제2 덮개(7)의 개방 단부 사이의 공극이 변하게 된다. 이 공극으로 인해서 전자기적 결합이 변화하고, 따라서 제1 코일(4)로부터 제2 코일(5)로 결합되는 신호가 변동된다. 이 변동이 제1 부분(2) 및 제2 부분(3)의 상대적인 회전 속도를 나타내는 신호이다.

제1 덮개(6) 및 제2 덮개(7)의 특정 형상은 여러 실시예에 따라 다양하게 구성할 수 있다는 것을 당업자라면 쉽게 이해할 것이다.

원하는 효과를 발휘하는 제1 덮개(6) 및 제2 덮개(7)의 특정 형상의 예가 도 6에 도시되어 있다. 도 6은 도 5b에 도시된 제1 덮개(6)의 평면도, 즉 베어링의 축선 방향에서 본 모습을 보여준다. 이 경우, 제1 개방 단부(20)와 제2 개방 단부(21)는 원형체에 의해 형성되어 있다. 이들 개방 단부(20, 21) 중 하나에는 자기 전도성 재료에 홈(23)이 마련되고, 제2 개방 단부(21)에는 스프로킷 형태의 연장부(22)가 형성된다.

제2 덮개(7)(도시 생략)는 제1 덮개(6)와 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 전술한 베어링 조립체에서, 제1 덮개(6) 및 제2 덮개(7)의 개방 단부는 동축으로 정렬된다. 제1 부분(2) 및 제2 부분(3)이 서로에 대해 회전하면, 제1 덮개(6)의 홈(23)은 먼저 제2 덮개(7)의 홈(23)과, 다음으로 연장부(22)와 정렬된다. 그러므로, 제1 덮개(6) 및 제2 덮개(7)에 의해 포위된 제1 코일(4)과 제2 코일(5) 사이의 전자기적 유효 결합과, 그에 따라 제1 코일(4)로부터 제2 코일(5)로 전달되는 신호가 베어링(1)의 회전에 따라 변하게 된다.

비록 원형의 제2 개방 단부(21)의 외측에 형성된 홈(23)을 구성하는 특정 형상이 예시되었지만, 홈(23)은 원형의 제2 개방 단부(21)의 내측에, 또는 폭 전체에 걸쳐 형성될 수 있다. 또한, 홈(23)을 제1 개방 단부(20)에 형성하거나, 제1 개방 단부(20) 및 제2 개방 단부(21) 모두에 형성할 수도 있다.

따라서, 본 발명에 따른 베어링은 베어링의 회전부로부터 정지부로, 그리고 그 역방향으로 에너지 및/또는 정보를 전달하는 데에 사용될 수 있으며, 또한 속도 신호를 발생시킬 수도 있다. 이 속도 신호는 당업계에 공지된 다양한 방법으로 에너지 신호 또는 데이터 신호로부터 분리될 수 있다.

Claims

베어링의 축선(8)을 중심으로 회전하는 제1 부분(2) 및 제2 부분(3)을 포함하며, 상기 제1 부분(2)에는 제1 코일(4)이 마련되어 있고, 상기 제2 부분(3)은 상기 제1 부분(2)에 대해 회전 가능하며, 회전 가능한 상기 제2 부분(3)에는 상기 제1 코일(4)과 전자기적으로 결합되는 제2 코일(5)이 마련되어 있고, 상기 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)은 각각 제1 덮개(6) 및 제2 덮개(7)에 의해 자기적으로 포위되어 있으며, 상기 제1 덮개(6)는 상기 제1 부분(2)에, 상기 제2 덮개(7)는 상기 제2 부분(3)에 각각 고정되어 있고, 상기 제1 덮개(6) 및 제2 덮개(7)의 서로 마주하는 단부들 사이에 하나 이상의 공극이 형성되는 베어링으로서,

상기 제1 덮개(6) 및 제2 덮개(7)의 서로 마주하는 단부들(20, 21) 중 하나 이상의 단부에는 하나 이상의 홈(23)이 마련되어, 상기 제1 부분(2)과 상기 제2 부분(3)이 서로에 대해 회전할 때 상기 공극이 변화하는 것을 특징으로 하는 베어링.
제1항에 있어서, 상기 제1 코일(4)의 축선 및 제2 코일(5)의 축선은 상기 베어링의 회전 축선과 일치하는 것을 특징으로 하는 베어링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베어링(1)이 비철 금속 재료로 이루어지는 경우에, 상기 제1 코일(4)과 제2 코일(5) 중 어느 하나 또는 양자 모두는 각각 제1 부분(2) 또는 제2 부분(3)의 홈(15)에 배치되는 것을 특징으로 하는 베어링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베어링(1)이 비철 금속 재료로 이루어지는 경우에, 상기 제1 코일(4)과 제2 코일(5) 중 어느 하나 또는 양자 모두는 각각 제1 부분(2) 또는 제2 부분(3)에 매설되는 것을 특징으로 하는 베어링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 코일(4)과 제2 코일(5) 중 어느 하나 또는 양자 모두는 인쇄 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베어링(1)의 제1 부분(2)과 제2 부분(3) 중 어느 하나 또는 양자 모두는, 각각 상기 제1 코일(4)과 제2 코일(5) 중 어느 하나 또는 양자 모두에 연결된 전자 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 덮개(6) 및 제2 덮개(7)는 U자형 단면의 원형 부재로 이루어지고, 상기 하나 이상의 공극은 상기 U자형 단면의 원형 부재의 레그(20, 21) 중 하나에 형성된 하나 이상의 홈(23)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 베어링.
제1항에 따른 하나 이상의 베어링과, 이 하나 이상의 베어링에 의해 지지되는 회전축의 조립체로서, 제2 코일(5; 5')과 연결되는 연결부를 갖고 상기 회전축(9) 상에 고정된 전기 회로(10)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조립체.
제8항에 있어서, 상기 전기 회로(10)로부터의 신호는 신호선(11)을 경유해서 상기 제2 코일(5; 5')로 전달되는 것을 특징으로 하는 조립체.
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제1 코일(4; 4')은 전원에 연결되고, 상기 제2 코일(5; 5')은 전력선(13)을 통해 상기 전기 회로(10)에 연결되는 것을 특징으로 하는 조립체.
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