KR102488200B1 - 센서 장치 및 구형 외부 링을 가진 롤링 베어링 - Google Patents

센서 장치 및 구형 외부 링을 가진 롤링 베어링 Download PDF

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Abstract

본 발명은 롤링-접촉 베어링(10)에 관한 것으로서, 상기 롤링-접촉 베어링(10)은: 내부 링(12), 구의 한 섹션 형태의 외측 표면(28)을 가진 외부 링(14), 상기 내부 링(12) 및 외부 링(14) 사이의 롤링 바디, 상기 내부 링(12)과 함께 회전되도록 구성된 엔코더 와셔(32), 엔코더 와셔(32)의 회전을 탐지하도록 구성된 센서 부재(50), 및 구의 한 섹션 형태의 내측 표면(26)을 가진 지지 부재(18)를 포함하며, 상기 내측 표면(26)은 외부 링의 외측 표면(28)과 슬라이딩 접촉 상태에 있도록 구성된다. 지지 부재(18)는 엔코더 와셔(32)에 대해 상기 센서 부재(50)가 엔코더 와셔(32)의 회전을 탐지할 수 있는 위치에 상기 센서 부재(50)를 고정하도록 구성된다.
본 발명에 따르면, 센서 부재(50)는 탐지기(58)와 무선 통신하기 위한 트랜스듀서(52)를 포함한다.

Description

센서 장치 및 구형 외부 링을 가진 롤링 베어링{ROLLING BEARING WITH A SPHERICAL OUTER RING AND A SENSING DEVICE}
본 발명은 센서를 포함하는 롤링-접촉 Y-베어링 및 이러한 베어링에 끼워맞춤된 기계를 위한 롤링 Y-베어링에 관한 것이다.
일반적으로 삽입 베어링(insert bearing)으로 지칭되는 롤링 Y-베어링(rolling Y-bearing)은 밀봉된 강성 볼 베어링에 따르지만, 볼록한 외부 링, 및 대부분의 경우, 샤프트(shaft) 상에 신속하고 용이하게 조립할 수 있도록 특정 차단 장치(blocking device)를 가진 돌출된(overhanging) 내부 링을 가진다.
롤링 Y-베어링은 개별 베어링(individual bearing) 또는 풀 베어링(full bearing)일 수 있다. 풀 Y-베어링은 공장에서 윤활제를 사용하고(greased) 사전조립되는(preassembled) 조인트(joint), 롤링 베어링(rolling bearing) 및 베어링 하우징(bearing housing)을 포함한다. 이렇게 조립할-준비된(ready-to-assemble) 베어링은 보통의 초기 정렬 오류(initial alignment fault)를 수용할 수 있지만(admit) 샤프트의 축방향 운동(axial movement)은 허락하지 않는다.
풀 Y-베어링 및 롤링 Y-베어링은 다수의 이점을 제공하는 간단하고, 효율적인 해결책이다.
롤링 Y-베어링은 종종 농업 용도 분야에서 사용된다. 오늘날, 농부들은 환경에 대한 영향을 줄이고 비용을 제한하면서도 생산율을 유지시켜야 하는 문제에 직면하고 있다. 결함이 있는 롤링 베어링은 종종 이러한 목적이 구현되는 것을 방해한다. 결함이 있는 조인트에 의해 야기된 오염물질 또는 윤활제 누출에 의한 오염은 종종 농업 분야에 사용되는 샤프트용 롤링 베어링의 때 이른 고장(premature failure)을 유발하여 기계가 파손되게 한다.
특히, 농업 분야에서, 기계가 오랜 시간 동안 사용되지 않는다 하더라도, 추수 때에 기계의 사용성을 보장하는 것이 중요하다. 따라서, 요소들이 쉽게 파손되는 것을 방지하는 것이 중요하다.
공보 WO 2010/064088는 롤링-접촉 베어링에 관한 것으로서, 상기 롤링-접촉 베어링은: 내부 링, 구(sphere)의 한 섹션(section) 형태의 외측 표면을 가진 외부 링, 상기 내부 링 및 외부 링 사이의 롤링 바디(rolling body), 상기 내부 링과 함께 회전되도록 구성된 엔코더 와셔(encoder washer), 상기 엔코더 와셔의 회전을 탐지하도록 구성된 센서, 및 구의 한 섹션 형태의 내측 표면을 가진 지지 부재를 포함하며, 상기 내측 표면은 외부 링의 외측 표면과 슬라이딩 접촉(sliding contact) 상태에 있도록 구성되고, 상기 지지 부재는 엔코더 와셔에 대해 상기 센서가 엔코더 와셔의 회전을 탐지할 수 있는 위치에 상기 센서를 고정하도록 구성된다.
상기 센서는 베어링이 끼워맞춤되는(fitted) 기계의 케이싱(casing) 상에 또는 베어링 상에 장착된 외부 컨트롤 또는 모니터링 유닛과 유선 통신하도록 구성되고 전력이 공급된다(powered). 센서가 컨트롤 유닛으로부터 떨어지면(separating), 센서 시스템을 롤링 베어링의 수치(dimension)에 매우 쉽게 적용시킬(adapt) 수 있으며, 단순히 와이어(wire)의 길이 및 지지 부재를 적용시킴으로써 컨트롤 유닛을 적절한 위치에 조립할 수 있게 된다.
하지만, 이러한 해결책은 와이어를 보호하기 위해 값비싼 수단이 사용되지 않고서는 와이어가 파손되기 쉽기 때문에 완전히 만족스럽지는 않다.
이를 위하여, 본 발명은 롤링-접촉 베어링(rolling-contact bearing)에 관한 것으로서, 상기 롤링-접촉 베어링은: 내부 링, 구(sphere)의 한 섹션(section) 형태의 외측 표면을 가진 외부 링, 상기 내부 링 및 외부 링 사이의 롤링 바디(rolling body), 상기 내부 링과 함께 회전되도록 구성된 엔코더 와셔(encoder washer), 상기 엔코더 와셔의 회전을 탐지하도록 구성된 센서, 및 구의 한 섹션 형태의 내측 표면을 가진 지지 부재(support member)를 포함하며, 상기 내측 표면은 외부 링의 외측 표면과 슬라이딩 접촉(sliding contact) 상태에 있도록 구성되며, 상기 지지 부재는 엔코더 와셔에 대해 상기 센서가 엔코더 와셔의 회전을 탐지할 수 있는 위치에 상기 센서를 고정하도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 센서는 대형 자기저항(magnetoresistance: GMR) 센서이다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 상기 센서 부재는 무선 탐지기(wireless detector)와 무선 통신하기 위한 트랜스듀서(transducer)를 포함한다.
본 발명을 이용하면, 와이어(wire) 또는 케이블 번들(cable bundle)이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 센서 시스템의 신뢰성(reliability)이 향상될 수 있다.
본 발명의 유리한 양태에 따르면, 상기 탐지기는 상기 지지 부재를 포함하는 베어링 상에 장착된다. 본 발명의 발명자들은, 심지어 탐지기 및 트랜스듀서가 베어링에 견고하게 연결된다 하더라도, 유선 통신을 무선 통신으로 교체함으로써 상기 신뢰성이 향상될 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 트랜스듀서 및 탐지기가 서로로부터 멀리 떨어져 위치되는 분야에만 무선 통신이 적용된다는 기술적 가설은 틀렸음이 입증되었다.
바람직한 실시예에서, 센서 부재는 개별 에너지-생성 수단(independent energy-generation means)을 포함한다. 상기 에너지-생성 수단은 엔코더 와셔에 의해 생성된 진동 자기장(oscillating magnetic field)과 상호작용하는(interacting) 하나 이상의 코일(coil)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 코일은 센서의 플레이트(plate) 상에 장착되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 엔코더 와셔에 의해 생성된 진동 자기장을 이용하여, 엔코더 와셔의 회전을 탐지하고 센서로부터 신호를 처리하기에 충분한 에너지를 생성하며 이 처리 결과를 전송하는 개별 공정이 가능하다.
바람직한 실시예에서, 센서 부재는 일체형으로(single unit) 메모리(memory) 뿐만 아니라 신호 처리 수단 및 트랜스듀서, 및 센서를 포함하는 RFID 라벨(label)을 포함한다. 센서 부재는 수동 작동 모드(passive operating mode)에서 외부로부터 공급된 에너지를 이용하거나 또는 엔코더 와셔의 상대적 회전을 이용하는 생성 수단에 의해 생성된 에너지를 이용하여 작동될 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 그 외의 다른 목적 및 이점들은 첨부도면을 참조하여 제공된 하기 내용들로부터 설명된다:
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 롤링 -접촉 베어링을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 롤링-접촉 베어링이 도 1을 참조하여 기술된다. 롤링-접촉 베어링(10)은 내부 링(12), 구(sphere)의 한 섹션(section) 형태의 외측 표면(28)을 가진 외부 링(14), 상기 내부 링(12) 및 외부 링(14) 사이의 롤링 바디(rolling body), 상기 내부 링(12)과 함께 회전되도록 구성된 엔코더 와셔(32), 엔코더 와셔(32)의 회전을 탐지하도록 구성된 센서 부재(50), 및 지지 부재(18)를 포함한다. 상기 센서 부재(50)는 지지 부재(18)와 함께, 특히 베어링(54)과 함께 회전되도록 구성된다. 센서 부재(50)는 탐지 요소 또는 센서(51)를 포함한다.
지지 부재(18)는 구의 한 섹션 형태의 내측 표면(26)을 가진다. 상기 내측 표면(26)은 외부 링(14)의 외측 표면(28)과 슬라이딩 접촉(sliding contact) 상태에 있도록 구성된다. 이와 동시에, 지지 부재(18)는, 구의 한 섹션 형태의 표면(26, 28) 사이에서 특정 왕복 슬라이딩(reciprocal sliding) 운동을 하면서도, 상기 엔코더 와셔(32)에 대해 센서 부재(50)가 엔코더 와셔(32)의 회전을 탐지할 수 있는 위치에 상기 센서 부재(50)를 고정하도록 구성된다.
센서 부재(50)의 센서(51)는 대형 자기저항(magnetoresistance: GMR) 센서이다. 대안의 실시예들에서, 센서는 홀-효과 센서(Hall-effect sensor)일 수도 있다.
센서 부재(50)는 롤링-접촉 베어링이 끼워맞춤되는(fitted) 차량 또는 기계에 가까이 또는 이들 내부에 적절한 위치에 위치된 탐지기(58)와 무선 통신하기 위한 트랜스듀서(52) 및 센서(51)를 포함하는 전자 유닛이다. 센서(51)의 상기 위치는 상기 센서가 차량 또는 기계의 컨트롤 유닛에 연결되는 것이 쉽고 와이어(wire) 또는 케이블 번들(cable bundle)이 파손되는 것을 방지할 수 있도록 선택될 수 있다. 따라서, 센서 시스템의 신뢰성이 향상된다.
위에서 기술된 것과 같이, 탐지기(58)는 지지 부재(18)를 포함하는 베어링 상에 장착된다. 본 발명의 발명자들은, 심지어 신호를 수신하도록 구성된 탐지기(58) 및 트랜스듀서(52)가 베어링과 함께 회전되도록 구성된다 하더라도, 유선 통신을 무선 통신으로 교체함으로써 상기 신뢰성이 향상될 수 있다는 사실을 밝혀냈다.
게다가, 센서 부재(50)는 개별 에너지-생성 수단(56)을 포함한다. 상기 에너지-생성 수단(56)은 엔코더 와셔(32)에 의해 생성된 진동 자기장(oscillating magnetic field)과 상호작용하는 하나 이상의 코일을 포함한다. 상기 코일은 센서(51)와 똑같은 PCB 또는 플레이트 상에 장착된다.
센서 부재(50)의 구조(architecture)는 일체형으로(single unit) 메모리(memory) 뿐만 아니라 신호 처리 수단 및 트랜스듀서(52), 및 센서(51)를 포함하는 RFID 라벨(label)에 따른다. 센서 부재(50)는 안테나를 포함하여, 신호를 수신하고, 전자기 공명 회로(electromagnetic resonant circuit)를 여자하며(exciting), 따라서 수동 작동 모드(passive operating mode)에서 외부로부터 공급된 에너지를 이용하거나 또는 엔코더 와셔(32)의 상대적 회전을 이용하는 생성 수단에 의해 생성된 에너지를 이용하여 작동될 수 있다.
본 발명은 심지어, 센서 부재(50)를 연결하도록 사용되는 케이블이 파손되기 쉬운 상태에서도, 긴 작동 수명을 가진 신뢰성있는 센서 시스템을 구성할 수 있게 한다.

Claims (5)

  1. - 내부 링(12);
    - 구(sphere)의 한 섹션(section) 형태의 외측 표면(28)을 가진 외부 링(14);
    - 상기 외부 링 및 내부 링 사이의 롤링 바디(rolling body);
    - 상기 내부 링(12)과 함께 회전되도록 구성된 엔코더 와셔(32);
    - 상기 엔코더 와셔(32)의 회전을 탐지하도록 구성된 센서 부재(50);
    - 구의 한 섹션 형태의 내측 표면(26)을 가진 지지 부재(18), 및 부착 부분을 포함하는 지지체(54);
    - 탐지기(58);를 포함하는 롤링-접촉 베어링(10)으로서,
    상기 센서 부재(50)는 탐지기(58)와 무선 통신하기 위한 트랜스듀서(52)를 포함하고,
    상기 내측 표면(26)은 외부 링(14)의 외측 표면(28)과 슬라이딩 접촉(sliding contact) 상태에 있도록 구성되며, 상기 지지 부재(18)는, 상기 엔코더 와셔(32)에 대해 상기 센서 부재(50)가 엔코더 와셔(32)의 회전을 탐지할 수 있는 위치에 상기 센서 부재(50)를 고정하도록 구성되고,
    상기 탐지기(58)는 지지 부재(18)를 포함하는 지지체(54)와 함께 회전되도록 상기 지지체(54)의 부착 부분에 부착되는 것을 특징으로 하는 롤링-접촉 베어링.
  2. 제1항에 있어서, 센서 부재(50)는 개별 에너지-생성 수단(56)을 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링-접촉 베어링.
  3. 제2항에 있어서, 상기 에너지-생성 수단(56)은 엔코더 와셔(32)에 의해 생성된 진동 자기장(oscillating magnetic field)과 상호작용하는 하나 이상의 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링-접촉 베어링.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 부재(50)는 RFID 라벨인 것을 특징으로 하는 롤링-접촉 베어링.
  5. 삭제
KR1020150149846A 2014-10-30 2015-10-28 센서 장치 및 구형 외부 링을 가진 롤링 베어링 KR102488200B1 (ko)

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