KR20100014772A - 센서식 베어링 유닛 - Google Patents

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Abstract

베어링 유닛(10)에서, 하나 이상의 센서 장치(20, 21)는 레이스(11, 12)들 중 하나의 표면 구역 내에 형성된 리세스 내에 고정된다(locked). 고정 레이스(11)는 전기적 절연 재료(30)로 부분적으로 밀폐된다. 개방 표면 구역(uncovered surface zone, 32)은 베어링 유닛 외부에 위치된 전기적 공급 소스로 고정 레이스(11)을 전기적 연결하기 위해 제공된다.
베어링 유닛, 센서, 센서 장치, 레이스

Description

센서식 베어링 유닛{A SENSORIZED BEARING UNIT}
본 발명은 특허청구범위 청구항 1의 전제부에 기술된 센서식 베어링 유닛(sensorized bearing unit)에 관한 것이다.
베어링의 작동을 모니터링 하는 동안 몇몇의 중요한 물리적 파라미터를 탐지하기 위해서 회전 센서, 부하 센서(load sensors), 온도 센서 등과 같은 센서가 구비된 베어링 유닛이 공지되어 있다. 종래에, 상기 센서들은 베어링 유닛의 측부에 적용되며, 센서를 공급하기 위해 전기적 연결부들이 요구되고 이격되게 위치된 계측기(instrumentation)로 상기 센서들에 의해 탐지된 데이터를 전송한다. 몇몇의 경우에, 센서는 베어링 레이스(bearing races)들 사이에서 환상 틈(annular gap)를 측면 방향으로 폐쇄하는 밀봉 장치(sealing devices)들 중 하나와 통합된다. 그러나, 상기 전기적 연결부는 베어링 유닛으로부터 측면 방향으로 돌출되어, 이용가능한 공간이 작은 적용예들에서 체적(bulk) 문제를 야기한다. 예를 들면, EP 0 464 403 Al 및 EP 0 498 298 Al를 통해 이해할 수 있다.
US 6 948 856 B2 는 베어링 유닛을 공개하며 상기 베어닝 유닛 내 센서는 베 어링 레이스 내부에 형성된 홈(grooves) 내에 위치하며 합성 수지(resin) 내에 매몰되어 센서는 베어링 외부로 돌출되지 않는다.
본 발명의 일반적인 목적은 작고 경제적인 지름을 가지는 센서식 베어링 유닛을 제공하는 것이며, 상기 베어링 유닛은 유닛의 작동 상태를 나타내는 정확하게 그리고 안전하게 물리적 파라미터를 탐지할 수 있다. 본 발명의 특정한 목적은 베어링 유닛으로부터 측면방향으로 돌출되는 전기적 연결부를 제거하는 것이다.
본 발명에 따르면 상기 목적 및 장점과 다른 목적 및 장점은 첨부된 특허청구범위 내에 형성된 특징을 포함하는 베어링 유닛에 의해 후술 될 내용에서 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
처음으로 도 1 및 도 2와 관련하여, 도시된 도면 부호(10) 전체는 고정 외부 레이스(11) 및 내부 회전 레이스(12)를 포함하는 베어링이며, 개별적으로 상기 예시 볼(13)들 내에서 롤링 요소의 이중 셋을 위한 레이스웨이(raceways, 11a, 12a)를 형성하고, 레이스(11, 12)들 사이에 개재되며(interposed), 케이지(14)에 의해 균일하게 주변으로 이격된다. 일반적으로 레이스(11 및 12)들 사이에서 환형 틈(15)을 채우는 윤활 그리스(lubricating grease)를 보유하기 위해서, 밀봉 장치(도시되진 않지만)는 베어링 측부들에 설치될 수 있다. 첨부된 도면에서 도시된 베어링 유닛은 소위 제 1 세대 타입의 환형 접촉 베어링 유닛이며, 상기 베어링 유닛은 어떠한 반경 방향 플랜지(flanges)도 없이 축 방향으로 비대칭 레이스들을 포함한다. 그러나, 적용 가능한 분야와 관련해 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 임의의 방식으로 해석되진 않는다. 예를 들면, 본 발명은 플랜지된 베어링(flanged bearings)들에 균등하게 적용될 수 있다.
베어링 유닛(10)은 하나 이상의 센서 장치들과 통합되며, 베어링 유닛의 작동 상태를 모니터링 하는 동안 유용한 물리적 파라미터를 탐지하기 위해서, 상기 예에서 두 센서 장치(20, 21)는 외부 레이스(11) 및 내부 레이스(12) 내에서 개별적으로 결합한다. 센서 장치(20, 21)들은 온도 센서(예를 들면, 서미스터, thermistors), 및/또는 진동 센서(vibration sensors, 가속도계(accelerometers)), 및/또는 부하 센서(예를 들면, 소형화된 부하 셀(load cells) 또는 소형화된 압력 트랜서듀서(pressure transducers) 또는 압전식 트랜서듀서(piezoelectric transducers)), 및/또는 회전 센서, 예를 들면 볼들 또는 롤러(13)들이 통과해서 자기장의 변화 또는 압력의 변화를 탐지할 수 있는 자석 센서 또는 압력 센서를 포함할 수 있다.
선호적으로 센서 장치(20,21)는 레이스웨이(11a, 12a)로부터 선호적으로 멀게 그리고 베어링 유닛의 반경 방향 횡단면의 주변 또는 표면 위치에서 기계 가공(machining)에 의해 레이스(11, 12)들 내에 형성된 개별적인 방사상 리세스(radial recesses, 16,17)들 내에 수용된다. 센서 장치들은 개별적인 레이스들 상에 견실하게 고정되기 위해서 합성 수지 또는 플라스틱 재료(22, 23)의 개별적인 본체 내에 매몰된다. 각각의 센서 장치는 도면부호(24, 25)에서 개별 레이스들로 전기적으로 연결되고 회전하게 고정된 내부 레이스(12) 상에 중앙 샤프트(central shaft,도시되진 않지만)로 결합 되기 위한 외부 전기적 결합부(output electrical connection, 26) 및 외부 리시버(도시되진 않지만)로 연결하기 위한 외부 전기적 결합부(output electrical connection, 27)를 포함한다.
레이스(11, 12)들의 외부 표면 및 베어링 유닛(10)과 연결된 다른 기계적 부재(외부 하우징, 중앙 샤프트 등) 사이에서 방향 전기적 접촉(Direct electrical contact)은 외부 레이스(11)의 외부 표면 중 하나 위에 개방 전기적 공급 영역(uncovered electrical supply area, 32)을 제외한, 절연 재료의 층(30, 31)들에 의해 방지된다. 예를 들면, 상기 밀폐 층(cover layers, 30,31)은 시중에서 이용가능한, 알루미나(alumina, AI2O3)로 구성되며 대략 100 마이크론(microns)의 두께를 가진 상표 INSOCOAT®인 재료로 제조될 수 있다.
공급 영역(32)은 외부 레이스(11)의 본체를 통한 외부 센서 장치(20)로 및 외부 레이스(11), 롤링 요소(13)들 및 내부 레이스(12)의 본체를 통한 내부 센서 장치(21)로 전류를 공급하는 전기 공급 수단(예를 들면, 프로브(probe), 도시되지 않았지만)으로 전기적으로 연결되기 위해 적합하다. 끝으로, 하나 이상의 롤링 요소들은 전기적으로 전도성이어야 한다. 선택적으로, 예를 들면, 롤링 요소(13)들이 모두 코팅되거나 완전하게 비-전도성 재료(일반적으로 세라믹 재료)로 제조된다면, 롤링 요소(13)들 주위에 전도성 필름을 형성하기 위해서, 환형 틈(15) 내부에 그리스는, Kluberelectric B42-72로써 공지된 유형의 예와 같이, 전기적으로 전도성이어야만 할 것이다.
베어링 유닛은 베어링 내부에 윤활제를 보유하고 유닛 내부에 물 및 먼지를 하는 투과하는 것을 방지하기 위한 접촉 밀봉부(contacting seals)들을 포함해야만 하며, 선호적으로 상기 밀봉부들은 회전가능한 베어링 레이스로 고정 베어링 레이스를 전기적으로 연결하기 위해 적합할 수 있다.
본 발명에 따른 베어링 유닛의 실시예에 제한되지 않고 선호적인 몇몇 구조 및 작동 상의 특징은 첨부된 도면과 관련하여 기술될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 베어링 유닛의 제 1 실시예의 투시도이다.
도 2는 상기 도 1의 베어링 유닛의 축 방향 종단면도이며, 화살표는 전기적 신호에 의해 흐르는 경로(paths)를 지시한다.
도 3은 도 2를 화살표 III 방향으로 도시한 확대도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 구체적인 실시예의, 도 2 중 하나와 유사한, 축 방향 종단면도들이다.
도 1에서 도시된 바와 다르게, 공급 영역(32)은 한 지점으로써 기술되며, 상기 영역의 모양 및 범위는 요구사양(requirement)에 따라 상당히 다양할 수 있다. 예를 들면, 외부 베어링 레이스 주위에 주변으로 및 연속적으로 연장된 개방 스트립(uncovered strip)으로써 형성될 수 있다.
센서 장치(20, 21)에 의해 발생 되며 탐지된 데이터(온도, 진동, 회전 데이 터 등)를 나타내는 신호들은 개방 공급 영역(32)으로 도달하는 공급 전압을 조절한다. 센서들에 의해 탐지된 데이터가 용이하게 획득되기 위해서, 전압 변화는 공급부에 연결된 외부 계측기(도시되지 않았지만)에 의해 탐지된다. 선택적으로 또는 추가적으로, 조절은 신호 전류(signals current)에서 실행될 수 있다. 선호적으로 전류 조절은 신호들 위에서 노이즈를 감소시켜야한다.
센서 장치(20, 21)는 다양한 트랜듀서들에 의해 생성된 데이터를 처리하기 위해 마이크로프로세서와 같은 전기적 부품들을 통합할 수 있다. 또한, 임의의 상기 센서 장치는 베어링 유닛 외부에 위치된 리시버(receiver)로 탐지되며 가능하게 처리된 데이터의 무선 트랜스미션(wireless transmission)용 전송기와 통합되거나 연결된다.
전류가 통과하는 베어링의 상기 부품의 전기적 손상을 피하기 위해서, 선호적으로 전기 공급은 낮은 강도(intensity) 및 진동수(frequency)가 된다. 전기적으로 전도성 그리스가 이용된다면, 상기한 바는 요구되지 않을 것이다.
전기적 절연 층(30, 31)들에 의해 공급 전류가 센서 장치로 효율적이게 도달하는 것이 보장되므로, 상기 전류가 외부 하우징 또는 중앙 샤프트, 바이패싱되는( bypassing) 센서 장치들 방향으로 전파된다.
도 2에서 도시된 예시에서, 또한 절연 층은 레이스(11, 12)들의 측면의 부분을 밀폐하는 것이 도시된다. 예를 들면 도면 2의 베어링 유닛들로서 전기적으로 절연 층이 결핍된 스페이서 링들 및/또는 다른 종래의 베어링 유닛들과 같은 베어링 유닛의 측부에 위치된 본체들 또는 다른 부재들을 통하여 상기 배열에 의해 베어링 레이스들을 통과하는 공급 전류는 누설될 수 있다.
도 4에서 도시된 바는 회전 레이스(12) 내에서 통합된 임의의 센서 장치들도 가지지 않는 본 발명의 선택적인 실시예이다.
도 5에서 도시된 변형예는 고정 레이스(stationary race, 11)와 통합된 센서 장치를 제공하지 않는다. 회전 레이스(rotating race, 12) 내에 고정된 상기 센서 장치(21)는 레이스(11 및 12)들 및 볼(13)들 또는 전기 절연 그리스를 관통하여 설치된다.
이해될 바와 같이, 본 발명과 관련해 베어링 레이스들을 관통하는 전류 공급부는 종래의 비 센서식 베어링 유닛으로 실질적으로 동일한 외부 형상(profile)을 가지는 센서식 베어링 유닛을 제공한다. 베어링의 측부들에 돌출된 종래의 전기 커넥터(electrical connectors)들의 부존재는 축 방향 부피의 문제점이 없이 베어링을 설치하게 한다. 예를 들면, 공작 기계(machine tool)에서, 도면에 도시된 타입의 베어링 유닛은 상기 기계의 다른 고정 부품 또는 이동 부품의 배열로 임의의 수정을 요구함이 없이 동일한 크기의 종래의 비센서식 베어링 유닛을 대체할 수 있을 것이다. 게다가, 본 발명에 의해 베어링 유닛의 레이스로 다양한 타입의 센서 장치가 굳게 고정하게 한다고 이해될 것이며, 상기 센서 장치는 특히 진동 센서 및 온도 센서에 의한 탐지된 데이타의 정확성을 향상시킬 것이다. 특히, 고정밀 베어링을 이용하여 외부 레이스 및 내부 레이스 사이의 온도 차이가 작동 상태를 모니터링하는데 있어서 주요한 주안점의 파라미터를 나타낸다. 본 발명은 두 레이스들의 온도를 직접적으로 탐지하게 한다. 상기 타입의 센서에도 불과하고, 강성 로 킹(rigid locking)은 시간에 따른 센서의 정확한 위치설정을 보장하여서, 탐지된 데이터의 신뢰성을 보장한다. 예를 들면, 상기 케이스는 자동차 휠의 허브(hub)용으로서, 상기한 바는 충격 받는 부품 상에 설치되는 베어링 유닛용으로 특히 이용된다고 밝혀진다.
본 발명은 본 명세서에서 기술되고 도시된 실시예에 의해 제한되지 않고, 상기한 바는 베어링 유닛의 예시로서 간주 될 수 있다. 본 발명은 모양과 관계되는 수정 및 부품의 위치, 구조적 이점, 사용가능한 세부사항에 다소 민감하며, 본 발명은 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들면, 몇몇 리세스(recesses)들은 몇몇 센서들을 수용하기 위해 동일한 레이스 상에 형성될 수 있다. 더욱이, 본 발명은 선호적인 실시예에서 도시된 바와 같이, 리세스 내부에 매몰되었기 보다는 베어링 레이스의 외부 표면상에 설치된 센서들을 포함하는 베어링 유닛으로 실행될 수 있다.

Claims (14)

  1. 하나 이상의 레이스(11, 12)들에 고정된 하나 이상의 제 1 센서 장치(20, 21) 및 레이스(11,12)들 사이에 개재진 롤링 요소(13)들을 위한 개별적인 레이스 웨이(11a, 12a)를 형성하는 회전 레이스(12) 및 고정 레이스(11)를 포함하는 베어링 유닛(10)에 있어서,
    상기 고정 레이스(11)는 전기적 절연 재료(30)로 부분적으로 밀폐되며,
    상기 베어링 유닛(10)은 상기 베어링 유닛(10) 외부에 위치된 전기 공급 소스로 상기 고정 레이스(11)를 전기적으로 연결하기 위한 제 1 전기적 연결 수단(32)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 장치(20, 21)는 하나 이상의 레이스(11, 12)들의 표면 구역 내에 형성된 하나 이상의 리세스(16, 17) 내에 고정되는 것을 특징으로 하는 베어링 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 베어링은 상기 센서 장치가 고정된 레이스(11, 12)로 상기 센서 장치(20, 21)를 전기적으로 연결하기 위한 제 2 전기적 연결 수단(24, 25)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 유닛.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 베어링 유닛은 상기 베어링 유닛(10) 외부에 장치 또는 본체로 상기 센서 장치(20, 21)를 전기적으로 연결하기 위한 제 3 전기적 연결 수단(26, 27)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 유닛.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 센서 장치(20)는 고정 외부 레이스(11)의 표면 영역 내부에 형성된 리세스(16) 내에 고정되는 것을 특징으로 하는 베어링 유닛.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 센서 장치(21)는 내부 회전 레이스(12)의 표면 영역 내부에 형성된 리세스(17) 내에 고정되며,
    상기 내부 레이스(12)는 외부 레이스(11) 및 내부 레이스(12) 사이 형성된 환형 틈(15) 내에 포함되는 롤링 요소(13) 및/또는 전기적 절연 그리스에 의해 고정 외부 레이스(11)로 전기적으로 연결되며,
    상기 내부 회전 레이스(12)는 전기적 절연 재료(31)의 층으로 부분적으로 코팅된 것을 특징으로 하는 베어링 유닛.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 베어링 유닛은 두 개 이상의 센서 장치(20,21)를 포함하며, 상기 센서 장치들 중 하나는 상기 외부 레이스의 리세스 내에 고정되며 또 다른 하나는 상기 내부 레이스(12)의 리세스 내에 고정되고,
    상기 외부 레이스(11) 및 상기 내부 레이스(12)는 전기적 절연 재료(30,31)의 개별적 층들로 부분적으로 코팅되고
    상기 두 개의 센서 장치(20,21)의 각각은 상기 센서 장치가 고정되는 상기 레이스(11, 12)로 각각의 센서 장치(20,21)를 전기적으로 연결하기 위한 개별적인 제 2 전기적 연결 수단(23, 25)으로 연결되고, 상기 베어링 유닛(10) 외부에 장치 또는 본체로 각각의 센서 장치(20,21)를 전기적 연결하기 위한 제 3 전기적 연결 수단(26, 27)으로 연결되는 것을 특징으로 하는 베어링 유닛.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리세스(16, 17)들은 레이스웨이(11a, 12a)들로부터 이격된 영역 내부에서 레이스 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 베어링 유닛.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 센서 장치(20, 21)는 상기 대응하는 리세스(16, 17) 내부에서 합성 수지 또는 플라스틱 재료(22, 23)로 제조된 개별 본체 내부에 매몰되는 것을 특징으로 하는 베어링 유닛.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 장치(20, 21)들은 온도 센서, 진동 센서, 부하 센서, 부하 셀, 압력 트랜듀서, 자석 회전 센서 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 유닛.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전기적 연결 수단은 전기적 절연 재료(30)에 의해 개방된 상태로 놓여진 고정 레이스(11)의 표면 영역을 포함하는 것을 특징으 로 하는 베어링 유닛.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 개방 공급 영역(32)은 점 형태(spot-like)인 것을 특징으로 하는 베어링 유닛.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 개방 공급 영역(32)은 고정 레이스(11)를 따라 주변으로 연장된 스트립으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 베어링 유닛.
  14. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 전기적 연결 수단(32) 및 제 3 전기적 연결 수단(26, 27)은 상기 베어링 유닛 회전의 중앙 축에 대해 동축(coaxial)인 상기 베어링 유닛(10)의 원기둥 표면상에 위치되는 것을 특징으로 하는 베어링 유닛.
KR1020097016702A 2007-03-12 2007-03-12 센서식 베어링 유닛 KR101428829B1 (ko)

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