WO2021177354A1 - 荷重検出機能付軸受装置及び発電機能付軸受装置 - Google Patents

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WO2021177354A1
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electrode
distance
respect
bearing device
insulating film
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谷　弘詞
創太 山口
博之 袴田
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学校法人関西大学
Ntn株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H02N1/06—Influence generators
    • H02N1/08—Influence generators with conductive charge carrier, i.e. capacitor machines

Definitions

  • the present invention relates to a bearing device with a load detection function and a bearing device with a power generation function.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-160974 describes a bearing device with a sensor.
  • the bearing device with a sensor described in Patent Document 1 includes a rolling bearing and a first sensor and a second sensor.
  • the rolling bearing has an inner ring (rotary ring), an outer ring (fixed ring), a rolling element arranged between the inner ring and the outer ring, and a cage holding the rolling element.
  • the first sensor detects the rotational speed of the cage with respect to the outer ring.
  • the second sensor detects the rotational speed of the inner ring with respect to the outer ring.
  • the contact angle between the raceway ring (inner ring or outer ring) and the rolling element changes. Due to this change in contact angle, the revolution speed of the rolling elements changes, and as a result, the rotation speed of the cage changes. Therefore, it is possible to calculate the axial load applied to the rolling bearing by calculating the ratio between the rotation speed of the cage detected by the first sensor and the rotation speed of the inner ring detected by the second sensor.
  • Patent Document 2 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-262646 describes a claw pole type generator.
  • the claw pole type generator described in Patent Document 2 has a rotating shaft, a permanent magnet, and a stator.
  • the permanent magnets are attached to the rotating shaft so that the north and south poles are alternately arranged along the circumferential direction.
  • the stator has a coil and a yoke.
  • the yoke is made of a magnetic material (claw-shaped member) having a claw portion and contains a coil.
  • the rotating shaft rotates, the magnetic poles of the permanent magnets facing the claw-shaped member are alternately replaced, so that the magnetic flux in the yoke is reversed, and an electromotive force is generated in the coil.
  • the bearing device with a sensor described in Patent Document 1 the first sensor and the second sensor are arranged on the side surface outside the rolling bearing. Therefore, the bearing device with a sensor described in Patent Document 1 has a large size due to the arrangement of these sensors, and it is difficult to replace the rolling bearing used in an existing mechanical device.
  • the claw pole type generator described in Patent Document 2 requires a space for arranging a coil, a permanent magnet, a yoke, and the like, so that it is difficult to store the claw pole type generator inside the bearing. That is, when the claw pole type generator described in Patent Document 2 is to be introduced into an existing facility, it is necessary to review the design around the bearing of the facility. Further, when the claw pole type generator described in Patent Document 2 is to be introduced into a new facility, the size of the facility becomes large.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art. More specifically, the present invention provides a bearing device with a load detection function that can be replaced with the same dimensions as an existing rolling bearing, and a bearing device with a power generation function in which a power generation function is incorporated inside the bearing. ..
  • the bearing device with a load detection function has a stationary wheel having a first facing surface and a second facing surface facing the first facing surface, and is a rotating wheel that rotates with respect to the stationary wheel.
  • a rolling bearing having a rolling element arranged between the first facing surface and the second facing surface and a cage for holding the rolling element, and a rolling bearing whose position with respect to the stationary wheel is fixed and the rolling bearing.
  • the positions of the first and second electrodes arranged inside and the cage are fixed, and the third electrode arranged inside the rolling bearing and the surfaces of the first and second electrodes It includes a formed first insulating film and a measurement processing unit connected to the first electrode and the second electrode.
  • the third electrode is arranged so that the first distance, which is the distance between the first electrode, and the second distance, which is the distance between the second electrode and the second electrode, change as the rotating wheel rotates with respect to the stationary wheel. There is.
  • the phase of the time change of the first distance is out of phase with the phase of the time change of the second distance.
  • the measurement processing unit calculates the first rotation speed, which is the rotation speed of the cage, based on the outputs from the first electrode and the second electrode, and also calculates the first rotation speed and the second rotation speed, which is the rotation speed of the rotating wheels. It is configured to calculate the axial load applied to the rolling bearing based on.
  • the bearing device with a load detection function may further include an annular first substrate arranged inside the rolling bearing.
  • the first electrode and the second electrode may be arranged on the first substrate along the circumferential direction of the rolling bearing.
  • the cage may be made of a conductive material.
  • the portion holding the rolling element of the cage may constitute a third electrode.
  • the position with respect to the stationary wheel is fixed, and the positions with respect to the rotating wheel are fixed with the fourth and fifth electrodes arranged inside the rolling bearing.
  • a sixth electrode arranged inside the rolling bearing and a second insulating film formed on the surfaces of the fourth electrode and the fifth electrode may be provided.
  • the sixth electrode is arranged so that the third distance, which is the distance between the fourth electrode, and the fourth distance, which is the distance between the fifth electrode and the fourth electrode, change as the rotating wheel rotates with respect to the stationary wheel. You may.
  • the phase of the time change of the third distance may be out of phase with the phase of the time change of the fourth distance.
  • the measurement processing unit may be connected to the fourth electrode and the fifth electrode, and may be configured to calculate the second rotation speed based on the outputs from the fourth electrode and the fifth electrode.
  • the bearing device with a load detection function may further include an annular second substrate arranged inside the rolling bearing.
  • the fourth electrode and the fifth electrode may be arranged on the second substrate along the circumferential direction of the rolling bearing.
  • the measurement processing unit may have a wireless transmission device that wirelessly transmits the calculated axial load data.
  • the measurement processing unit further has a power storage device that stores electricity based on the output from the first electrode and the second electrode and the output from the fourth electrode and the fifth electrode. May be good.
  • the wireless transmission device may be configured to be powered by a power storage device to operate.
  • the measurement processing unit may further have a receiving device configured to receive the first rotation speed and the second rotation speed transmitted wirelessly.
  • the bearing device with a load detection function has a stationary wheel having a first facing surface and a second facing surface facing the first facing surface, and is a rotating wheel that rotates with respect to the stationary wheel.
  • a rolling bearing having a rolling element arranged between the first facing surface and the second facing surface and a cage for holding the rolling element, and a rolling bearing whose position with respect to the stationary wheel is fixed and the rolling bearing.
  • the positions of the first and second electrodes arranged inside and the cage are fixed, and the positions of the third electrode arranged inside the rolling bearing and the stationary wheel are fixed.
  • the 4th and 5th electrodes arranged inside the rolling bearing, the 1st insulating film formed on the surfaces of the 1st and 2nd electrodes, and the surfaces of the 4th and 5th electrodes.
  • a second insulating film and a measurement processing unit connected to the first electrode, the second electrode, and the fourth electrode and the fifth electrode are provided.
  • the third electrode is the first distance, which is the distance to the first electrode, the second distance, which is the distance to the second electrode, the third distance, which is the distance to the fourth electrode, and the fifth electrode.
  • the fourth distance which is the distance between the two, is arranged so as to change with the rotation of the rotating wheel with respect to the stationary wheel.
  • the phase of the time change of the first distance is out of phase with the phase of the time change of the second distance.
  • the phase of the time change of the third distance is out of phase with the phase of the time change of the fourth distance.
  • the first electrode and the second electrode are arranged on the side opposite to the fourth electrode and the fifth electrode in the axial direction of the rolling bearing with the cage in between.
  • the measurement processing unit is configured to calculate the axial load applied to the rolling bearing based on the difference between the amplitude of the output from the first electrode and the second electrode and the amplitude of the output from the fourth electrode and the fifth electrode. There is.
  • the bearing device with a power generation function of the present invention has a stationary wheel having a first facing surface, a rotating wheel having a second facing surface facing the first facing surface and rotating with respect to the stationary wheel, and a first facing surface.
  • a rolling element having a rolling element arranged between the surface and the second facing surface, a rolling bearing having a cage for holding the rolling element, and a position with respect to a stationary wheel are fixed and arranged inside the rolling bearing.
  • the first electrode and the second electrode rotate with the rotation of the rotating wheel with respect to the stationary wheel, and the third electrode arranged inside the rolling bearing and the surfaces of the first electrode and the second electrode are formed. It is provided with an insulating film.
  • a plurality of dynamic pressure grooves for generating dynamic pressure are formed between the third electrode and the insulating film.
  • the third electrode is arranged so that the first distance, which is the distance between the first electrode, and the second distance, which is the distance between the second electrode and the second electrode, change as the rotating wheel rotates with respect to the stationary wheel. There is.
  • the phase of the time change of the first distance is out of phase with the phase of the time change of the second distance.
  • the position of the third electrode with respect to the rotating wheel may be fixed.
  • the position of the third electrode with respect to the cage may be fixed.
  • a dynamic pressure is generated between the third electrode and the insulating film when the rotating wheel rotates along the first direction with respect to the stationary wheel in the plurality of dynamic pressure grooves.
  • a second dynamic pressure groove is generated between the third electrode and the insulating film when the rotating wheel rotates along the second direction opposite to the first direction with respect to the stationary wheel.
  • a dynamic pressure groove may be included.
  • the above-mentioned bearing device with a power generation function may further include a base material arranged inside the rolling bearing.
  • a third electrode may be arranged on the surface of the base material.
  • the surface of the third electrode and the surface of the base material may be connected via an inclined surface.
  • the bearing device with a power generation function may further include an elastic member interposed between the third electrode and the base material.
  • the elastic member may generate an urging force in the direction toward the insulating film with respect to the third electrode.
  • the bearing device with a power generation function may further include an elastic hinge for attaching the third electrode to the base material.
  • the elastic hinge may generate an urging force on the third electrode in the direction toward the insulating film.
  • the insulating film may be formed of a resin material.
  • the plurality of dynamic pressure grooves may be formed on the surface of the insulating film.
  • the third electrode is in a position where the first electrode and the second electrode can face each other in the direction along the central axis of the rolling bearing when the rotating wheel is rotating with respect to the stationary wheel. It may be arranged in.
  • the bearing device with a load detection function it is possible to replace the existing rolling bearing without changing the design on the mounting side.
  • the power generation function can be incorporated inside the bearing. Further, according to the bearing device with a power generation function of the present invention, it is possible to suppress friction and the like caused by direct contact between the third electrode and the insulating film.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line XXII-XXII of FIG. It is a top view of the rotor 150. It is sectional drawing in XXIV-XXIV of FIG. It is 1st explanatory drawing for demonstrating the principle that the electric current is output from the 1st electrode 132 and the 2nd electrode 133. It is a 2nd explanatory drawing for demonstrating the principle that the electric current is output from the 1st electrode 132 and the 2nd electrode 133.
  • bearing device 100 the configuration of the bearing device with a load detection function (hereinafter referred to as “bearing device 100”) according to the first embodiment will be described.
  • FIG. 1 is a plan view of the bearing device 100.
  • the seal 20, the first substrate 41, the first electrode 42, the second electrode 43, the first insulating film 44, and the measurement processing unit 80 are not shown.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
  • the bearing device 100 includes a rolling bearing 10, a seal 20, a seal 30, a first substrate 41, a plurality of first electrodes 42, a plurality of second electrodes 43, and a first.
  • the insulating film 44, the third electrode 50, the second substrate 61, the plurality of fourth electrodes 62, the plurality of fifth electrodes 63 and the second insulating film 64, the sixth electrode 70, and the measurement processing unit 80 are provided. Have.
  • the rolling bearing 10 is, for example, a deep groove ball bearing.
  • the rolling bearing 10 has a central axis A. In the following, the direction along the central axis A is referred to as "axial direction”.
  • the rolling bearing 10 has an inner ring 11 (rotating wheel), an outer ring 12 (fixed ring), a plurality of rolling elements 13, and a cage 14.
  • the inner ring 11 has an annular (ring-shaped) shape.
  • the inner ring 11 has an inner peripheral surface 11a, an outer peripheral surface 11b, a width surface 11c, and a width surface 11d.
  • the inner ring 11 is attached to a shaft (not shown) on the inner peripheral surface 11a.
  • the inner peripheral surface 11a faces the central axis A side.
  • the outer peripheral surface 11b faces the side opposite to the central axis A. That is, the outer peripheral surface 11b is the opposite surface of the inner peripheral surface 11a in the direction orthogonal to the central axis A (hereinafter, referred to as “diameter direction”).
  • the outer peripheral surface 11b includes a raceway surface 11ba.
  • the raceway surface 11ba is a portion of the outer peripheral surface 11b that is in contact with the rolling element 13.
  • the width surface 11c and the width surface 11d are end faces of the inner ring 11 in the axial direction.
  • the width surface 11d is the opposite surface of the width surface 11c in the axial direction. Both ends of the width surface 11c in the radial direction are connected to the inner peripheral surface 11a and the outer peripheral surface 11b, respectively. Both ends of the width surface 11d in the radial direction are connected to the inner peripheral surface 11a and the outer peripheral surface 11b, respectively.
  • the outer ring 12 has an annular (ring-shaped) shape.
  • the outer ring 12 has an inner peripheral surface 12a, an outer peripheral surface 12b, a width surface 12c, and a width surface 12d.
  • the outer ring 12 is arranged so that the inner peripheral surface 12a faces the outer peripheral surface 11b.
  • the inner peripheral surface 12a faces the central axis A side.
  • the inner peripheral surface 12a includes the raceway surface 12aa.
  • the raceway surface 12aa is a portion of the inner peripheral surface 12a that is in contact with the rolling element 13.
  • the raceway surface 12aa faces the raceway surface 11ba.
  • the outer peripheral surface 12b faces the side opposite to the central axis A. That is, the outer peripheral surface 12b is the opposite surface of the inner peripheral surface 12a in the radial direction.
  • the outer ring 12 is attached to a housing (not shown) on the outer peripheral surface 12b.
  • the width surface 12c and the width surface 12d are end faces of the outer ring 12 in the axial direction.
  • the width surface 12d is the opposite surface of the width surface 12c in the axial direction. Both ends of the width surface 12c in the radial direction are connected to the inner peripheral surface 12a and the outer peripheral surface 12b, respectively. Both ends of the width surface 12d in the radial direction are connected to the inner peripheral surface 12a and the outer peripheral surface 12b, respectively.
  • the rolling element 13 has, for example, a spherical shape.
  • the rolling element 13 is arranged between the outer peripheral surface 11b and the inner peripheral surface 12a. More specifically, the rolling element 13 is arranged between the raceway surface 11ba and the raceway surface 12aa.
  • the cage 14 rolls so that the distance between two adjacent rolling elements 13 in a direction along the circumference about the central axis A (hereinafter referred to as "circumferential direction") is within a certain range. Holds the moving body 13.
  • the cage 14 is, for example, a punched cage.
  • the cage 14 has a holding portion 14a and a connecting portion 14b.
  • the holding portion 14a is a portion that holds the rolling element 13.
  • the holding portion 14a has a shape (partially spherical shape) along the surface of the rolling element 13 so that the rolling body 13 can be held.
  • the number of holding portions 14a is equal to the number of rolling elements 13.
  • the connecting portion 14b connects two holding portions 14a adjacent to each other in the circumferential direction.
  • the holding portion 14a protrudes from the connecting portion 14b along the axial direction.
  • the cage 14 is made of a conductive material (for example, a metal material).
  • the seal 20 closes the internal space (hereinafter referred to as "bearing space") of the rolling bearing 10 between the outer peripheral surface 11b and the inner peripheral surface 12a from one side in the axial direction.
  • the seal 30 closes the bearing space from the other side in the axial direction.
  • the seal 20 is attached to the inner peripheral surface 12a located on the width surface 12c side.
  • the seal 30 is attached to the inner peripheral surface 12a located on the width surface 12d side.
  • a lubricant L such as grease is sealed in the bearing space.
  • the seal 20 has a first surface 20a and a second surface 20b.
  • the first surface 20a is a surface facing the bearing space side.
  • the second surface 20b is the opposite surface of the first surface 20a in the axial direction.
  • the seal 30 has a first surface 30a and a second surface 30b.
  • the first surface 30a is a surface facing the bearing space side.
  • the second surface 30b is the opposite surface of the first surface 30a.
  • FIG. 3 is a plan view of the first substrate 41.
  • the illustration of the first insulating film 44 is omitted.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG.
  • the first substrate 41 has an annular (ring-shaped) shape. The first substrate 41 is arranged on the first surface 20a.
  • the first substrate 41 has a first surface 41a and a second surface 41b.
  • the first surface 41a is a surface facing the bearing space side.
  • the second surface 41b is the opposite surface of the first surface 41a.
  • the first substrate 41 is made of an insulating material.
  • the first electrode 42 and the second electrode 43 are arranged on the first surface 41a. Since the first substrate 41 is arranged on the first surface 20a of the seal 20, and the first electrode 42 and the second electrode 43 are arranged on the first surface 41a, the first electrode 42 and the second electrode 43 are arranged.
  • the position of the ring 12 with respect to the outer ring 12 is fixed.
  • the first electrode 42 and the second electrode 43 face the cage 14 in the axial direction.
  • the first electrode 42 and the second electrode 43 are alternately arranged at equal intervals along the circumferential direction, for example.
  • the number of the first electrode 42 and the number of the second electrode 43 are equal to, for example, the number of the holding portions 14a.
  • the first electrode 42 is electrically connected to each other.
  • the second electrode 43 is electrically connected to each other.
  • the first electrode 42 and the second electrode 43 are electrically insulated from each other.
  • the first insulating film 44 is arranged on the first electrode 42 and the second electrode 43.
  • the first insulating film 44 is formed of an insulating material.
  • the third electrode 50 is composed of, for example, a cage 14. As the inner ring 11 rotates with respect to the outer ring 12, the cage 14 rotates. The distance between the cage 14 (third electrode 50) and the first electrode 42 is defined as the first distance. The distance between the cage 14 (third electrode 50) and the second electrode 43 is defined as the second distance. As the cage 14 rotates, the holding portion 14a faces the first electrode 42, the connecting portion 14b faces the second electrode 43, and the holding portion 14a faces the second electrode 43. At the same time, the state in which the first electrode 42 faces the connecting portion 14b is repeated. That is, the first distance and the second distance change with the rotation of the inner ring 11, and the phase of the time change of the first distance and the phase of the time change of the second distance are deviated from each other.
  • FIG. 6A is a first explanatory diagram for explaining the principle that a current is output from the first electrode 42 and the second electrode 43.
  • FIG. 6B is a second explanatory diagram for explaining the principle that a current is output from the first electrode 42 and the second electrode 43.
  • FIG. 6C is a third explanatory diagram for explaining the principle that a current is output from the first electrode 42 and the second electrode 43.
  • FIG. 6D is a fourth explanatory diagram for explaining the principle that a current is output from the first electrode 42 and the second electrode 43.
  • Lubricant L is supplied to the bearing space during operation of the rolling bearing 10. Therefore, as shown in FIG. 6A, the cage 14 (third electrode 50) rotates with the rotation of the inner ring 11, so that the first insulating film 44 and the third electrode 50 on the first electrode 42 are formed. Slide with each other via the lubricant L. As a result, a positive charge is induced in the first electrode 42 and a negative charge is induced in the second electrode 43.
  • the first electrode 42 is based on the electromotive force caused by the electric charge induced in each electrode.
  • a current flows from the second electrode 43 to the second electrode 43.
  • the second electrode is based on the electromotive force caused by the electric charge induced in each electrode.
  • a current flows from 43 to the first electrode 42.
  • a pulsed alternating current (voltage) is output from the first electrode 42 and the second electrode 43 as the inner ring 11 rotates with respect to the outer ring 12 (rotation of the cage 14). Then, as the rotation speed of the cage 14 (hereinafter referred to as "first rotation speed") becomes faster, the cycle shown in FIGS. 6A to 6D becomes shorter, so that the first electrode 42 and the second electrode 43 The number of pulses of the output of is increased. That is, the number of pulses output from the first electrode 42 and the second electrode 43 indicates the first rotation speed.
  • FIG. 7 is a plan view of the second substrate 61.
  • the illustration of the second insulating film 64 is omitted.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX of FIG.
  • the second substrate 61 has an annular (ring-shaped) shape. The second substrate 61 is arranged on the first surface 30a of the seal 30.
  • the second substrate 61 has a first surface 61a and a second surface 61b.
  • the first surface 61a is a surface facing the bearing space side.
  • the second surface 61b is the opposite surface of the first surface 61a.
  • the second substrate 61 is made of an insulating material.
  • the fourth electrode 62 and the fifth electrode 63 are arranged on the first surface 61a.
  • the fourth electrode 62 and the fifth electrode 63 are alternately arranged at equal intervals along the circumferential direction, for example.
  • the fourth electrode 62 is, for example, electrically connected to each other.
  • the fifth electrode 63 is, for example, electrically connected to each other.
  • the fourth electrode 62 and the fifth electrode 63 are electrically insulated from each other.
  • the second insulating film 64 is arranged on the fourth electrode 62 and the fifth electrode 63.
  • the second insulating film 64 is formed of an insulating material.
  • the number of the fourth electrode 62 and the number of the fifth electrode 63 are equal to, for example, the number of rolling elements 13.
  • the sixth electrode 70 is formed of a conductive material (for example, a metal material).
  • the sixth electrode 70 is attached to the inner ring 11 (more specifically, the outer peripheral surface 11b). Therefore, the position of the sixth electrode 70 with respect to the inner ring 11 is fixed.
  • FIG. 10 is a plan view of the sixth electrode 70.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line XI-XI of FIG. As shown in FIGS. 10 and 11, it has an annular (ring-shaped) shape.
  • a plurality of convex portions 70a and concave portions 70b are formed on the outer peripheral side of the sixth electrode 70.
  • the convex portions 70a and the concave portions 70b are alternately arranged along the circumferential direction.
  • the number of convex portions 70a and the number of concave portions 70b are, for example, equal to the number of fourth electrodes 62 (the number of fifth electrodes 63).
  • the outer circumference of the sixth electrode 70 protrudes along the radial direction at the convex portion 70a (from another viewpoint, the concave portion 70b is recessed along the radial direction).
  • the distance between the 6th electrode 70 (more specifically, the outer peripheral side of the 6th electrode 70) and the 4th electrode 62 is defined as the 3rd distance.
  • the distance between the 6th electrode 70 and the 5th electrode 63 is defined as the 4th distance.
  • the outer circumference of the sixth electrode 70 extends to a position where it can face the fourth electrode 62 and the fifth electrode 63 at the convex portion 70a, but can face the fourth electrode 62 and the fifth electrode 63 at the concave portion 70b. It does not extend to the position.
  • the fourth electrode 62 faces the outer peripheral side of the sixth electrode 70, but the fifth electrode 63 does not face the outer peripheral side of the sixth electrode 70, and the fifth electrode 63. Is opposed to the outer peripheral side of the sixth electrode 70, but the fourth electrode 62 is not opposed to the outer peripheral side of the sixth electrode 70, and so on.
  • a pulsed current (voltage) is output from the fourth electrode 62 and the fifth electrode 63 by the same principle as that shown in FIGS. 6A to 6D, and the number of pulses of the output is the inner ring 11.
  • the rotation speed hereinafter referred to as "second rotation speed" is shown.
  • FIG. 12 is a block diagram of the measurement processing unit 80.
  • the direction in which the signal is transmitted is indicated by an arrow.
  • the measurement processing unit 80 has a wireless transmission device 81.
  • the wireless transmission device 81 includes, for example, a signal processing unit 81a, a data calculation unit 81b, a power supply unit 81c, and an antenna 81d.
  • the wireless transmitter 81 is attached to the seal 20 (more specifically, on the second surface 20b).
  • the signal processing unit 81a is connected to the first electrode 42 and the second electrode 43, and the fourth electrode 62 and the fifth electrode 63 by a signal line (not shown).
  • the signal processing unit 81a removes noise from the pulsed outputs (voltage signal or current signal) from the first electrode 42 and the second electrode 43, and measures the number of pulses of the output.
  • the signal processing unit 81a also performs the same processing on the pulsed output from the fourth electrode 62 and the fifth electrode 63. As described above, the number of output pulses from the first electrode 42 and the second electrode 43 corresponds to the first rotation speed, and the number of output pulses from the fourth electrode 62 and the fifth electrode 63 is the second. It corresponds to the rotation speed.
  • the data calculation unit 81b calculates the first rotation speed based on the number of pulses of output from the first electrode 42 and the second electrode 43, and is based on the number of pulses of output from the fourth electrode 62 and the fifth electrode 63.
  • the second rotation speed is calculated.
  • the data calculation unit 81b calculates the axial load applied to the rolling bearing 10 based on the ratio of the first rotation speed and the second rotation speed.
  • the calculated axial load data is wirelessly transmitted via the antenna 81d after the data calculation unit 81b performs baseband signal processing and RF signal processing for wireless communication.
  • the power supply unit 81c has a power storage device 81ca.
  • the power storage device 81ca is composed of, for example, a capacitor or a secondary battery.
  • the power storage in the power storage device 81ca is performed by the output from the first electrode 42 and the second electrode 43 and the output from the fourth electrode 62 and the fifth electrode 63.
  • the power supply unit 81c drives the signal processing unit 81a and the data calculation unit 81b by the electric power stored in the power storage device 81ca.
  • the measurement processing unit 80 may further include a receiving device 82.
  • the receiving device 82 has, for example, an arithmetic processing unit 82a, a storage device 82b, a display device 82c, and an antenna 82d.
  • the arithmetic processing unit 82a receives the radio signal transmitted from the radio transmission device 81 via the antenna 82d, and performs RF signal processing and baseband signal processing on the received signal to form the rolling bearing 10. Acquire the data of the applied axial load.
  • the arithmetic processing unit 82a stores the acquired axial load data in the storage device 82b and displays it on the display device 82c.
  • the effect of the bearing device 100 will be described below.
  • the first electrode 42, the second electrode 43, the first insulating film 44 and the third electrode 50, and the fourth electrode 62, the fifth electrode 63, the second insulating film 64 and the sixth electrode 70 are arranged in the bearing space. Therefore, there is no big difference between the dimensions of the bearing device 100 and the dimensions of the rolling bearing 10. Therefore, according to the bearing device 100, it is possible to replace the existing rolling bearing while adding the function of detecting the axial load. Since the axial load can be monitored by the bearing device 100, it is possible to predict a sudden failure such as seizure of the rolling bearing 10 or the remaining life of the rolling bearing 10.
  • the wireless transmission device 81 can be driven by the electric power output from the first electrode 42 and the second electrode 43 and the electric power output from the fourth electrode 62 and the fifth electrode 63, the axial load is applied. No power supply is required to transmit data related to.
  • the wireless transmission device 81 wirelessly communicates and transmits data related to the axial load to the receiving device 82, the degree of freedom in the arrangement of the receiving device 82 is increased (more specifically, the receiving device 82). Can be placed outside the mechanical device in which the bearing device 100 is used).
  • the second rotation speed is calculated based on the outputs from the fourth electrode 62 and the fifth electrode 63, but the second rotation speed is determined from, for example, a device for driving the shaft attached to the inner ring 11. It may be supplied to the receiving device 82 and the arithmetic processing unit 82a may calculate the axial load.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the bearing device 100 according to the second modification.
  • the support member 90 may be used instead of the seal 20 as shown in FIG.
  • the support member 90 has a first surface 90a and a second surface 90b. Like the seal 20, the support member 90 is closed from one side of the bearing space.
  • the first surface 90a is a surface facing the bearing space side.
  • the second surface 90b is the opposite surface of the first surface 90a.
  • the first board 41 and the second board 61 are attached to the support member 90. More specifically, the first substrate 41 and the second substrate 61 are arranged on the first surface 90a. As a result, in the bearing space, the first electrode 42, the second electrode 43, the fourth electrode 62, and the fifth electrode 63 are arranged on one side in the axial direction.
  • the wireless transmission device 81 is arranged on the second surface 90b. In this case, it becomes easy to route the wiring for connecting the first electrode 42, the second electrode 43, the fourth electrode 62, the fifth electrode 63, and the wireless transmission device 81.
  • bearing device 200 the configuration of the bearing device with a load detection function (hereinafter referred to as “bearing device 200”) according to the second embodiment will be described.
  • the points different from the configuration of the bearing device 100 will be mainly described, and the overlapping description will not be repeated.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the bearing device 200.
  • the bearing device 200 includes a rolling bearing 10, a seal 20, a seal 30, a first substrate 41, a plurality of first electrodes 42, a plurality of second electrodes 43, and a first insulating film 44.
  • a third electrode 50, a second substrate 61, a plurality of fourth electrodes 62, a plurality of fifth electrodes 63 and a second insulating film 64, and a measurement processing unit 80 are provided.
  • the configuration of the bearing device 200 is common to the configuration of the bearing device 100.
  • the bearing device 200 does not have the sixth electrode 70.
  • the fourth electrode 62 and the fifth electrode 63 face the third electrode 50.
  • the third distance is the distance between the first electrode 42 and the third electrode 50
  • the fourth distance is the distance between the second electrode 43 and the third electrode 50.
  • the first electrode 42 and the second electrode 43 are arranged on the opposite sides of the cage 14 from the fourth electrode 62 and the fifth electrode 63 in the axial direction.
  • the signal processing unit 81a measures the amplitude of the output from the first electrode 42 and the second electrode 43 (hereinafter, referred to as “first amplitude”), and the fourth electrode 62 and the fifth electrode.
  • the amplitude of the output from 63 (hereinafter referred to as “second amplitude”) is measured.
  • the data calculation unit 81b calculates the magnitude and direction of the axial load applied to the rolling bearing 10 based on the first amplitude and the second amplitude. In these respects, the configuration of the bearing device 200 is different from the configuration of the bearing device 100.
  • the effect of the bearing device 200 will be described below.
  • the first electrode 42, the second electrode 43, the first insulating film 44, the third electrode 50, the fourth electrode 62, the fifth electrode 63, the second insulating film 64, and the sixth electrode 70 are arranged in the bearing space. Therefore, there is no big difference between the dimensions of the bearing device 200 and the dimensions of the rolling bearing 10. Therefore, according to the bearing device 200, it is possible to replace the existing rolling bearing while adding a function of detecting the magnitude and direction of the axial load.
  • bearing device 300 the configuration of the bearing device with a power generation function (hereinafter referred to as “bearing device 300”) according to the third embodiment will be described.
  • FIG. 15 is a plan view of the bearing device 300.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line XVI-XVI of FIG.
  • FIG. 17 is an enlarged view of the region XVII of FIG.
  • the bearing device 300 includes a rolling bearing 110, a seal 120, a stator 130, an insulating film 140, and a rotor 150.
  • the rolling bearing 110 is, for example, a deep groove ball bearing. However, the rolling bearing 110 is not limited to this.
  • the rolling bearing 110 has an inner ring 111, an outer ring 112, a plurality of rolling elements 113, and a cage 114.
  • the rolling bearing 110 has a central axis A1. In the following, the direction along the central axis A1 will be referred to as the axial direction.
  • the inner ring 111 is rotatable with respect to the outer ring 112. That is, in the rolling bearing 110, the inner ring 111 is a rotating wheel and the outer ring 112 is a stationary wheel.
  • the inner ring 111 has an annular (ring-shaped) shape.
  • the inner ring 111 has an inner peripheral surface 111a, an outer peripheral surface 111b, a width surface 111c, and a width surface 111d.
  • the inner ring 111 is attached to a shaft (not shown) on the inner peripheral surface 111a.
  • the inner peripheral surface 111a extends along a direction along the circumference (hereinafter referred to as "circumferential direction") about the central axis A1.
  • the inner peripheral surface 111a faces the central axis A1 side.
  • the outer peripheral surface 111b extends along the circumferential direction.
  • the outer peripheral surface 111b faces the side opposite to the central axis A1. That is, the outer peripheral surface 111b is the opposite surface of the inner peripheral surface 111a in the direction orthogonal to the central axis A1 (hereinafter referred to as the "diameter direction").
  • the outer peripheral surface 111b has a raceway surface 111ba.
  • the raceway surface 111ba is a portion of the outer peripheral surface 111b that comes into contact with the rolling element 113.
  • the width surface 111c and the width surface 111d form end faces in the axial direction.
  • the width surface 111d is the opposite surface of the width surface 111c in the axial direction. In the radial direction, both ends of the width surface 111c are connected to the inner peripheral surface 111a and the outer peripheral surface 111b, respectively. Both ends of the width surface 111d in the radial direction are connected to the inner peripheral surface 111a and the outer peripheral surface 111b, respectively.
  • the outer ring 112 has a ring shape.
  • the outer ring 112 has an inner peripheral surface 112a, an outer peripheral surface 112b, a width surface 112c, and a width surface 112d.
  • the inner peripheral surface 112a extends along the circumferential direction.
  • the inner peripheral surface 112a faces the central axis A1 side.
  • the outer ring 112 is arranged so that the inner peripheral surface 112a faces the outer peripheral surface 111b.
  • the inner peripheral surface 112a has a raceway surface 112aa.
  • the raceway surface 112aa is a portion of the inner peripheral surface 112a that comes into contact with the rolling element 113.
  • the raceway surface 112aa faces the raceway surface 111ba.
  • the outer ring 112 is attached to a housing (not shown) on the outer peripheral surface 112b.
  • the outer peripheral surface 112b extends along the circumferential direction.
  • the outer peripheral surface 112b faces the side opposite to the central axis A1. That is, the outer peripheral surface 112b is the opposite surface of the inner peripheral surface 112a in the radial direction.
  • the width surface 112c and the width surface 112d form end faces in the axial direction.
  • the width surface 112d is the opposite surface of the width surface 112c in the axial direction. In the radial direction, both ends of the width surface 112c are connected to the inner peripheral surface 112a and the outer peripheral surface 112b, respectively. Both ends of the width surface 112d in the radial direction are connected to the inner peripheral surface 112a and the outer peripheral surface 112b, respectively.
  • the rolling element 113 is a ball and has a spherical shape.
  • the rolling element 113 is arranged between the outer peripheral surface 111b and the inner peripheral surface 112a. More specifically, the rolling element 113 is arranged between the raceway surface 111ba and the raceway surface 112aa.
  • the cage 114 is arranged between the inner ring 111 and the outer ring 112 (more specifically, between the outer peripheral surface 111b and the inner peripheral surface 112a).
  • the cage 114 holds the rolling elements 113 so that the distance between two adjacent rolling elements 113 in the circumferential direction is within a certain range.
  • the seal 120 closes the bearing space from one side in the axial direction.
  • the seal 120 is attached to the outer ring 112. More specifically, the seal 120 is attached to the inner peripheral surface 112a located on the width surface 112c side of the raceway surface 112aa.
  • the seal 120 has a first surface 120a and a second surface 120b.
  • the first surface 120a is a surface facing the bearing space side.
  • the second surface 120b is the opposite surface of the first surface 120a in the axial direction.
  • the first surface 120a and the second surface 120b form the main surface of the seal 120.
  • the stator 130 has a first base material 131, a plurality of first electrodes 132, and a plurality of second electrodes 133.
  • the stator 130 is attached to the seal 120. More specifically, the stator 130 is arranged on the first surface 120a. Therefore, the first electrode 132 and the second electrode 133 are arranged in the bearing space (inside the rolling bearing 110), and their positions with respect to the outer ring 112 are fixed.
  • FIG. 18 is a plan view of the stator 130.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view taken along the line XXIX-XXIX of FIG.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view taken along the line XX-XX of FIG.
  • the first base material 131 has a ring shape.
  • the first base material 131 has a first surface 131a and a second surface 131b.
  • the second surface 131b is the opposite surface of the first surface 131a and faces the seal 120 side.
  • the first surface 131a and the second surface 131b form the main surface of the first base material 131.
  • the first base material 131 is attached to the seal 120 on the second surface 131b.
  • the first base material 131 is formed of an insulating material.
  • the first electrode 132 and the second electrode 133 are arranged on the first surface 131a.
  • the first electrode 132 and the second electrode 133 are alternately arranged at equal intervals along the circumferential direction.
  • the number of the first electrodes 132 is equal to the number of the second electrodes 133.
  • the first electrode 132 and the second electrode 133 are formed of a conductive material (for example, a metal material).
  • Each of the plurality of first electrodes 132 is electrically connected to each other.
  • Each of the plurality of second electrodes 133 is electrically connected to each other. However, the first electrode 132 and the second electrode 133 are electrically separated.
  • the insulating film 140 is formed of an insulating material.
  • the insulating film 140 is preferably formed of a resin material having excellent chargeability. Specific examples of the material constituting the insulating film 140 include PTFE (polytetrafluoroethylene) and the like.
  • FIG. 21 is a plan view of the insulating film 140.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view taken along the line XXII-XXII of FIG. As shown in FIGS. 21 and 22, the insulating film 140 has a ring-like shape.
  • the insulating film 140 has a first surface 140a and a second surface 140b.
  • the second surface 140b is the opposite surface of the first surface 140a and faces the stator 130 side (first electrode 132 side and second electrode 133 side).
  • the first surface 140a and the second surface 140b form the main surface of the insulating film 140.
  • the insulating film 140 is attached to the stator 130 on the second surface 140b. That is, the insulating film 140 is arranged on the first electrode 132 and the second electrode 133.
  • a plurality of dynamic pressure grooves 141 are formed on the first surface 140a.
  • the first surface 140a is recessed on the second surface 140b side in the dynamic pressure groove 141.
  • the dynamic pressure grooves 141 are formed at equal intervals along the circumferential direction, for example.
  • the dynamic pressure groove 141 has a V-shape in a plan view (viewed from a direction orthogonal to the first surface 140a). That is, the dynamic pressure groove 141 has a first portion 141a and a second portion 141b in a plan view.
  • a groove having a shape corresponding to the dynamic pressure groove 141 may be formed on the surfaces of the first electrode 132 and the second electrode 133 (the surface on the insulating film 140 side).
  • the dynamic pressure groove 141 is formed on the first surface 140a by the insulating film 140 imitating the groove.
  • the first part 141a extends linearly.
  • the first portion 141a has one end and the other end.
  • One end of the first portion 141a is located at the central portion of the insulating film 140 in the radial direction.
  • the other end of the first portion 141a is located closer to the inner peripheral edge of the insulating film 140 than one end of the first portion 141a.
  • the second part 141b extends linearly.
  • the second portion 141b has one end and the other end.
  • One end of the second portion 141b is located at the central portion in the radial direction of the insulating film 140 and is connected to one end of the first portion 141a.
  • the portion where one end of the first portion 141a and one end of the second portion 141b are connected to each other is the V-shaped tip.
  • the other end of the second portion 141b is located closer to the outer peripheral edge of the insulating film 140 than one end of the second portion 141b.
  • the other end of the second portion 141b is located in the radial direction so as to face the other end of the first portion 141a.
  • FIG. 23 is a plan view of the rotor 150.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view taken along the line XXIV-XXIV of FIG. As shown in FIGS. 23 and 24, the rotor 150 has a second base material 151 and a third electrode 152.
  • the second base material 151 has a ring shape.
  • the second base material 151 is attached to the inner ring 111 (more specifically, the portion of the outer peripheral surface 111b located on the width surface 111c side of the raceway surface 111ba) on the inner peripheral side.
  • the second base material 151 is located closer to the cage 114 than the stator 130 and the insulating film 140.
  • the second base material 151 has a first surface 151a and a second surface 151b.
  • the first surface 151a is a surface facing the stator 130 and the insulating film 140.
  • the second surface 151b is the surface opposite to the first surface 151a and faces the cage 114 side.
  • the first surface 151a and the second surface 151b form the main surface of the second base material 151.
  • the third electrode 152 is arranged on the first surface 151a. As described above, since the second base material 151 is attached to the inner ring 111, the position of the third electrode 152 with respect to the inner ring 111 is fixed, and the third electrode 152 is arranged in the bearing space (inside the rolling bearing 110). Will be there.
  • the third electrode 152 is arranged so as to face the first electrode 132 and the second electrode 133 in the axial direction when the inner ring 111 rotates.
  • the third electrode 152 is formed of a conductive material (for example, a metal material).
  • the number of the third electrode 152 is equal to the number of the first electrode 132 (second electrode 133).
  • the third electrodes 152 are arranged at equal intervals along the circumferential direction.
  • the dynamic pressure groove is formed by etching in the manufacturing process of the third electrode 152. can do.
  • the distance between the third electrode 152 and the first electrode 132 is defined as the first distance.
  • the distance between the third electrode 152 and the second electrode 133 is defined as the second distance.
  • the third electrode 152 faces the first electrode 132 but does not face the second electrode 133, and the third electrode 152 does not face the first electrode 132. Will be repeated in a state of facing the second electrode 133. That is, the first distance and the second distance change with the rotation of the inner ring 111 with respect to the outer ring 112, and the phase of the time change of the first distance and the phase of the time change of the second distance deviate from each other. ..
  • FIG. 25A is a first explanatory diagram for explaining the principle that a current is output from the first electrode 132 and the second electrode 133.
  • FIG. 25B is a second explanatory diagram for explaining the principle that a current is output from the first electrode 132 and the second electrode 133.
  • FIG. 25C is a third explanatory diagram for explaining the principle that a current is output from the first electrode 132 and the second electrode 133.
  • FIG. 25D is a fourth explanatory diagram for explaining the principle that a current is output from the first electrode 132 and the second electrode 133.
  • Lubricant L1 is supplied to the bearing space during operation of the rolling bearing 110. Therefore, as shown in FIG. 25A, the insulating film 140 on the first electrode 132 and the third electrode 152 slide with each other via the lubricant L1 as the inner ring 111 rotates. As a result, a positive charge is induced in the first electrode 132, and a negative charge is induced in the second electrode 133.
  • a pulsed current (voltage) is output from the first electrode 132 and the second electrode 133 as the inner ring 111 rotates with respect to the outer ring 112.
  • FIG. 26 is an enlarged cross-sectional view of the bearing device 300 according to the modified example.
  • the rotor 150 may be attached to the cage 114 as shown in FIG. More specifically, the second base material 151 may be attached to the end face of the cage 114 in the axial direction, and the third electrode 152 may be arranged on the second base material 151. Since the cage 114 rotates with the rotation of the inner ring 111 with respect to the outer ring 112, the third electrode 152 attached to the cage 114 via the second base material 151 also rotates with the rotation of the inner ring 111 with respect to the outer ring 112. It will rotate.
  • the bearing device 300 since the first electrode 132, the second electrode 133, the insulating film 140, and the third electrode 152 are arranged in the bearing space (inside the rolling bearing 110), the power generation function is generated inside the rolling bearing 110. Can be incorporated. As a result, the size of the bearing device 300 is not significantly different from the size of the existing rolling bearing even though it has a power generation function, so that it can be replaced with the existing rolling bearing.
  • the lubricant L1 is drawn into the dynamic pressure groove 141 as the inner ring 111 rotates (see the arrow in FIG. 21, the direction of this rotation is hereinafter referred to as the “first direction”).
  • a dynamic pressure is generated between the insulating film 140 and the third electrode 152 so as to separate the insulating film 140 and the third electrode 152. Due to this dynamic pressure, the direct contact between the insulating film 140 and the third electrode 152 is suppressed. As a result, in the bearing device 300, the generation of wear / friction and noise due to the direct contact between the insulating film 140 and the third electrode 152 is suppressed.
  • the bearing device 300 since the direct contact between the insulating film 140 and the third electrode 152 can be suppressed by the above dynamic pressure, the insulating film 140 (first electrode 132 and second electrode 133) and the third electrode are the third. The distance between the electrode 152 and the electrode 152 can be reduced to increase the electrostatic capacitance of the capacitor composed of the first electrode 132, the second electrode 133, and the third electrode 152. Since the amount of power generation increases as the capacitance of the capacitor increases, the bearing device 300 can improve the amount of power generation.
  • the dynamic pressure groove 141 can be easily formed by, for example, hot pressing.
  • the bearing device 300 since the third electrode 152 is arranged on the end face of the cage 114 facing the first electrode 132 and the second electrode 133, the first electrode 132 and the second electrode 133 The relative positional relationship between the outer ring 112 on which the is arranged and the cage 114 is stabilized. As a result, in the bearing device according to the modified example, it is possible to suppress the generation of collision noise between the rolling element 113 and the cage 114.
  • bearing device 400 the configuration of the bearing device with a power generation function (hereinafter referred to as “bearing device 400”) according to the fourth embodiment will be described.
  • the points different from the configuration of the bearing device 300 will be mainly described, and the overlapping description will not be repeated.
  • the bearing device 400 has a rolling bearing 110, a seal 120, a stator 130, and a rotor 150.
  • the configuration of the bearing device 400 is common to the configuration of the bearing device 300.
  • FIG. 27 is a plan view of the stator 130 in the bearing device 400.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view taken along the line XXVIII-XXVIII of FIG. 27.
  • FIG. 29 is a cross-sectional view taken along the line XXIX-XXIX of FIG. 27.
  • the bearing device 400 has a plurality of insulating films 142 and an insulating film 143 instead of the insulating film 140.
  • the insulating film 142 is arranged on the first electrode 132.
  • the insulating film 143 is arranged on the second electrode 133.
  • the insulating film 142 and the insulating film 143 are preferably formed of a resin material such as PTFE.
  • a plurality of dynamic pressure grooves 141 and dynamic pressure grooves 144 are formed, respectively.
  • the dynamic pressure groove 144 has the same shape as the dynamic pressure groove 141. However, the V-shaped tip of the dynamic pressure groove 144 faces in the circumferential direction opposite to the V-shaped tip of the dynamic pressure groove 141.
  • the V-shaped tips of the dynamic pressure grooves 141 all face the same side in the circumferential direction. Therefore, when the inner ring 111 rotates in the first direction with respect to the outer ring 112, a dynamic pressure is generated between the insulating film 140 and the third electrode 152. However, when the inner ring 111 rotates in the direction opposite to the first direction (hereinafter referred to as the "second direction") with respect to the outer ring 112, the dynamic pressure is unlikely to occur.
  • a dynamic pressure groove 144 is formed in addition to the dynamic pressure groove 141 on the surface of the insulating film 142 (insulating film 143). Since the dynamic pressure groove 144 faces the side opposite to the dynamic pressure groove 141 in the circumferential direction, the insulating film 140 and the third electrode 152 are formed even when the inner ring 111 rotates in the second direction with respect to the outer ring 112. Dynamic pressure can be generated during. As described above, according to the bearing device 400, dynamic pressure can be generated between the insulating film 140 and the third electrode 152 regardless of the direction of rotation of the inner ring 111 with respect to the outer ring 112. Direct contact with the three electrodes 152 is further suppressed.
  • bearing device 500 the configuration of the bearing device with a power generation function (hereinafter referred to as “bearing device 500”) according to the fifth embodiment will be described.
  • the points different from the configuration of the bearing device 300 will be mainly described, and the overlapping description will not be repeated.
  • the bearing device 500 includes a rolling bearing 110, a seal 120, a stator 130, and a rotor 150.
  • the configuration of the bearing device 500 is common to the configuration of the bearing device 300.
  • FIG. 30 is a plan view of the rotor 150 in the bearing device 500.
  • a plurality of dynamic pressure grooves 153 and dynamic pressure grooves 154 are formed on the surface of the third electrode 152 (the main surface opposite to the surface facing the second base material 151).
  • the dynamic pressure groove 153 and the dynamic pressure groove 154 have a V-shape similar to that of the dynamic pressure groove 141.
  • the V-shaped tip of the dynamic pressure groove 153 and the V-shaped tip of the dynamic pressure groove 154 are oriented in opposite directions in the circumferential direction.
  • the dynamic pressure groove 141 may not be formed in the bearing device 500.
  • the surface of the third electrode 152 is connected to the first surface 151a via an inclined surface 155 at both ends in the circumferential direction.
  • the inclined surface 155 is inclined so that the distance between the inclined surface 155 and the first surface 151a decreases from the surface side of the third electrode 152 toward the first surface 151a side.
  • the lubricant L1 is transferred to the dynamic pressure groove 153 when the inner ring 111 rotates with respect to the outer ring 112. And easily collected in the dynamic pressure groove 154. As a result, even when the rotation speed of the inner ring 111 with respect to the outer ring 112 is low, dynamic pressure is likely to occur between the insulating film 140 and the third electrode 152. As described above, according to the bearing device 500, the direct contact between the insulating film 140 and the third electrode 152 is further suppressed.
  • bearing device 600 The configuration of the bearing device with a power generation function (hereinafter referred to as “bearing device 600”) according to the sixth embodiment will be described below.
  • bearing device 600 The points different from the configuration of the bearing device 500 will be mainly described, and the duplicated description will not be repeated.
  • the bearing device 600 has a rolling bearing 110, a seal 120, a stator 130, and a rotor 150.
  • a plurality of dynamic pressure grooves 153 and dynamic pressure grooves 154 are formed on the surface of the third electrode 152.
  • the dynamic pressure groove 141 may not be formed on the first surface 140a. Regarding these points, the configuration of the bearing device 600 is common to the configuration of the bearing device 500.
  • FIG. 31 is a plan view of the rotor 150 in the bearing device 600.
  • FIG. 32 is a side view seen from the direction XXXII of FIG. 31.
  • the third electrodes 152 are arranged at intervals on the second base material 151.
  • An elastic member 156 is interposed between the second base material 151 and the third electrode 152.
  • the elastic member 156 is made of an elastic material such as urethane, rubber, or sponge. The elastic member 156 generates an urging force in the direction toward the insulating film 140 with respect to the third electrode 152.
  • the third electrode 152 is attached to the second base material 151 by elastic hinges 157 at both ends in the circumferential direction.
  • the elastic hinge 157 generates an urging force on the third electrode 152 in the direction toward the insulating film 140.
  • the bearing device 600 does not have to have one of the elastic member 156 and the elastic hinge 157.
  • the bearing device 600 Since the elastic member 156 (elastic hinge 157) generates an urging force so as to reduce the distance between the insulating film 140 and the third electrode 152, the capacitance of the above capacitor is maintained. Can be done. That is, according to the bearing device 600, the amount of power generation can be maintained.
  • the above embodiment is particularly advantageously applied to a bearing device having a function of detecting an axial load applied to a rolling bearing. Further, the above embodiment is particularly advantageously applied to a bearing device in which a power generation function is incorporated inside a rolling bearing.

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Abstract

荷重検出機能付軸受装置は、第１対向面を有する静止輪と、第１対向面に対向する第２対向面を有し、静止輪に対して回転する回転輪と、第１対向面と第２対向面との間に配置されている転動体と、転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、静止輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、保持器に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第３電極と、第１電極及び第２電極の表面に形成された第１絶縁膜と、第１電極及び第２電極に接続されている計測処理部とを備える。

Description

荷重検出機能付軸受装置及び発電機能付軸受装置
　本発明は、荷重検出機能付軸受装置及び発電機能付軸受装置に関する。
　特許文献１（特開２０１７－１６０９７４号公報）には、センサ付軸受装置が記載されている。特許文献１に記載のセンサ付軸受装置は、転がり軸受と、第１センサ及び第２センサとを有している。転がり軸受は、内輪（回転輪）と、外輪（固定輪）と、内輪及び外輪の間に配置されている転動体と、転動体を保持している保持器とを有している。第１センサは、保持器の外輪に対する回転速度を検知する。第２センサは、内輪の外輪に対する回転速度を検知する。
　転がり軸受にアキシャル荷重が加わると、軌道輪（内輪又は外輪）と転動体との接触角が変化する。この接触角の変化に起因して、転動体の公転速度が変化し、その結果、保持器の回転速度が変化する。そのため、第１センサにより検知された保持器の回転速度と第２センサにより検知された内輪の回転速度との比を算出することにより、転がり軸受に加わるアキシャル荷重を算出することが可能である。
　特許文献２（特開２００３－２６２６４６号公報）には、クローポール型発電機が記載されている。特許文献２に記載のクローポール型発電機は、回転軸と、永久磁石と、ステータとを有している。永久磁石は、Ｎ極及びＳ極が周方向に沿って交互配置されるように回転軸に取り付けられている。ステータは、コイルとヨークとを有している。ヨークは、爪部を有する磁性材料（爪状部材）からなり、コイルを内包している。回転軸の回転に伴い爪状部材に対向する永久磁石の磁極が交互に入れ替わることによりヨーク内の磁束が反転することで、コイルに起電力が発生する。
特開２０１７－１６０９７４号公報 特開２００３－２６２６４６号公報
　特許文献１に記載のセンサ付軸受装置において、第１センサ及び第２センサは転がり軸受より外の側面に配置されている。そのため、特許文献１に記載のセンサ付軸受装置は、これらのセンサを配したことにより寸法が大きくなり、既存の機械装置に使用されている転がり軸受と置き換えることが困難である。
　特許文献２に記載のクローポール型発電機は、コイル、永久磁石及びヨーク等を配置するためのスペースが必要になるため、軸受内部に収納することが困難である。すなわち、特許文献２に記載のクローポール型発電機は、既存の設備に導入しようとした場合には、当該設備の軸受周りの設計を見直す必要がある。また、特許文献２に記載のクローポール型発電機を新規設備に導入しようとする場合には、当該設備のサイズが大きくなる。
　本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、既存の転がり軸受と同一寸法のままで置き換え可能な荷重検出機能付軸受装置及び軸受内部に発電機能が組み込まれた発電機能付軸受装置を提供するものである。
　本発明の第１態様に係る荷重検出機能付軸受装置は、第１対向面を有する静止輪と、第１対向面に対向する第２対向面を有し、静止輪に対して回転する回転輪と、第１対向面と第２対向面との間に配置された転動体と、転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、静止輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、保持器に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第３電極と、第１電極及び第２電極の表面に形成された第１絶縁膜と、第１電極及び第２電極に接続されている計測処理部とを備える。第３電極は、第１電極との間の距離である第１距離及び第２電極との間の距離である第２距離が回転輪の静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されている。第１距離の時間変化の位相は、第２距離の時間変化の位相とずれている。計測処理部は、第１電極及び第２電極からの出力に基づいて保持器の回転速度である第１回転速度を算出するとともに、第１回転速度と回転輪の回転速度である第２回転速度とに基づいて転がり軸受に加わるアキシャル荷重を算出するように構成されている。
　上記の荷重検出機能付軸受装置は、さらに、転がり軸受の内部に配置されている環状の第１基板を備えていてもよい。第１電極及び第２電極は、転がり軸受の周方向に沿って第１基板上に配置されていてもよい。
　上記の荷重検出機能付軸受装置において、保持器は、導電性材料により形成されていてもよい。保持器の転動体を保持している部分は、第３電極を構成していてもよい。
　上記の荷重検出機能付軸受装置は、さらに、静止輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第４電極及び第５電極と、回転輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第６電極と、第４電極及び第５電極の表面に形成された第２絶縁膜とを備えていてもよい。第６電極は、第４電極との間の距離である第３距離及び第５電極との間の距離である第４距離が回転輪の静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されていてもよい。第３距離の時間変化の位相は、第４距離の時間変化の位相とずれていてもよい。計測処理部は、第４電極及び第５電極に接続されているとともに、第４電極及び第５電極からの出力に基づいて第２回転速度を算出するように構成されていてもよい。
　上記の荷重検出機能付軸受装置は、さらに、転がり軸受の内部に配置されている環状の第２基板を備えていてもよい。第４電極及び第５電極は、転がり軸受の周方向に沿って第２基板上に配置されていてもよい。
　上記の荷重検出機能付軸受装置において、計測処理部は、算出されたアキシャル荷重のデータを無線送信する無線送信装置を有していてもよい。
　上記の荷重検出機能付軸受装置において、計測処理部は、第１電極及び第２電極からの出力並びに第４電極及び第５電極からの出力に基づいて蓄電を行う蓄電装置をさらに有していてもよい。無線送信装置は、蓄電装置により給電されて動作するように構成されていてもよい。
　上記の荷重検出機能付軸受装置において、計測処理部は、無線送信された第１回転速度及び第２回転速度を受信するように構成されている受信装置をさらに有していてもよい。
　本発明の第２態様に係る荷重検出機能付軸受装置は、第１対向面を有する静止輪と、第１対向面に対向する第２対向面を有し、静止輪に対して回転する回転輪と、第１対向面と第２対向面との間に配置された転動体と、転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、静止輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、保持器に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第３電極と、静止輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第４電極及び第５電極と、第１電極及び第２電極の表面に形成された第１絶縁膜と、第４電極及び第５電極の表面に形成された第２絶縁膜と、第１電極及び第２電極並びに第４電極及び第５電極に接続されている計測処理部とを備える。第３電極は、第１電極との間の距離である第１距離、第２電極との間の距離である第２距離、第４電極との間の距離である第３距離及び第５電極との間の距離である第４距離が回転輪の静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されている。第１距離の時間変化の位相は、第２距離の時間変化の位相とずれている。第３距離の時間変化の位相は、第４距離の時間変化の位相とずれている。第１電極及び第２電極は、転がり軸受の軸方向において、保持器を挟んで、第４電極及び第５電極とは反対側に配置されている。計測処理部は、第１電極及び第２電極からの出力の振幅と第４電極及び第５電極からの出力の振幅との差に基づいて転がり軸受に加わるアキシャル荷重を算出するように構成されている。
　本発明の発電機能付軸受装置は、第１対向面を有する静止輪と、第１対向面に対向する第２対向面を有し、静止輪に対して回転する回転輪と、第１対向面と第２対向面との間に配置された転動体と、転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、静止輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、回転輪の静止輪に対する回転に伴って回転するとともに、転がり軸受の内部に配置されている第３電極と、第１電極及び第２電極の表面に形成された絶縁膜とを備える。第３電極の表面及び絶縁膜の表面の少なくとも一方には、第３電極と絶縁膜との間に動圧を発生させる複数の動圧溝が形成されている。第３電極は、第１電極との間の距離である第１距離及び第２電極との間の距離である第２距離が回転輪の静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されている。第１距離の時間変化の位相は、第２距離の時間変化の位相とずれている。
　上記の発電機能付軸受装置において、第３電極は、回転輪に対する位置が固定されていてもよい。上記の発電機能付軸受装置において、第３電極は、保持器に対する位置が固定されていてもよい。
　上記の発電機能付軸受装置において、複数の動圧溝には、回転輪が静止輪に対して第１方向に沿って回転する際に第３電極と絶縁膜との間に動圧を発生させる第１動圧溝と、回転輪が静止輪に対して第１方向とは逆方向の第２方向に沿って回転する際に第３電極と絶縁膜との間に動圧を発生させる第２動圧溝とが含まれていてもよい。
　上記の発電機能付軸受装置は、転がり軸受の内部に配置されている基材をさらに備えていてもよい。基材の表面上には、第３電極が配置されていてもよい。
　上記の発電機能付軸受装置において、第３電極の表面と基材の表面とは、傾斜面を介して連なっていてもよい。
　上記の発電機能付軸受装置は、第３電極と基材との間に介在されている弾性部材をさらに備えていてもよい。弾性部材は、第３電極に対して、絶縁膜に向かう方向の付勢力を発生させてもよい。
　上記の発電機能付軸受装置は、第３電極を前記基材に取り付ける弾性ヒンジをさらに備えていてもよい。弾性ヒンジは、第３電極に対して、絶縁膜に向かう方向の付勢力を発生させてもよい。
　上記の発電機能付軸受装置において、絶縁膜は樹脂材料により形成されていてもよい。複数の動圧溝は、絶縁膜の表面に形成されていてもよい。
　上記の発電機能付軸受装置において、第３電極は、回転輪が静止輪に対して回転している際に、第１電極及び第２電極と転がり軸受の中心軸に沿う方向において対向可能な位置に配置されていてもよい。
　本発明の第１態様及び第２態様に係る荷重検出機能付軸受装置によると、取り付け側の設計を変更することなく既存の転がり軸受との置き換えが可能になる。本発明の発電機能付軸受装置によると、軸受内部に発電機能を組み込むことができる。また、本発明の発電機能付軸受装置によると、第３電極と絶縁膜とが直接接触することに伴う摩擦等を抑制することができる。
軸受装置１００の平面図である。 図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。 第１基板４１の平面図である。 図３のＩＶ－ＩＶにおける断面図である。 図３のＶ－Ｖにおける断面図である。 第１電極４２及び第２電極４３から電流が出力される原理を説明するための第１説明図である。 第１電極４２及び第２電極４３から電流が出力される原理を説明するための第２説明図である。 第１電極４２及び第２電極４３から電流が出力される原理を説明するための第３説明図である。 第１電極４２及び第２電極４３から電流が出力される原理を説明するための第４説明図である。 第２基板６１の平面図である。 図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩにおける断面図である。 図７のＩＸ－ＩＸにおける断面図である。 第６電極７０の平面図である。 図１０のＸＩ－ＸＩにおける断面図である。 計測処理部８０のブロック図である。 第２変形例に係る軸受装置１００の断面図である。 軸受装置２００の断面図である。 軸受装置３００の平面図である。 図１５のＸＶＩ－ＸＶＩにおける断面図である。 図１６の領域ＸＶＩＩにおける拡大図である。 ステータ１３０の平面図である。 図１８のＸＩＸ－ＸＩＸにおける断面図である。 図１８のＸＸ－ＸＸにおける断面図である。 絶縁膜１４０の平面図である。 図２１のＸＸＩＩ－ＸＸＩＩにおける断面図である。 ロータ１５０の平面図である。 図２３のＸＸＩＶ－ＸＸＩＶにおける断面図である。 第１電極１３２及び第２電極１３３から電流が出力される原理を説明するための第１説明図である。 第１電極１３２及び第２電極１３３から電流が出力される原理を説明するための第２説明図である。 第１電極１３２及び第２電極１３３から電流が出力される原理を説明するための第３説明図である。 第１電極１３２及び第２電極１３３から電流が出力される原理を説明するための第４説明図である。 変形例に係る軸受装置３００の拡大断面図である。 軸受装置４００におけるステータ１３０の平面図である。 図２７のＸＸＶＩＩＩ－ＸＸＶＩＩＩにおける断面図である。 図２７のＸＸＩＸ－ＸＸＩＸにおける断面図である。 軸受装置５００におけるロータ１５０の平面図である。 軸受装置６００におけるロータ１５０の平面図である。 図３１の方向ＸＸＸＩＩから見た側面図である。
　本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。
　（第１実施形態）
　以下に、第１実施形態に係る荷重検出機能付軸受装置（以下においては、「軸受装置１００」とする）の構成を説明する。
　図１は、軸受装置１００の平面図である。なお、図１中において、シール２０、第１基板４１、第１電極４２、第２電極４３、第１絶縁膜４４及び計測処理部８０の図示は省略されている。図２は、図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。図１及び図２に示されるように、軸受装置１００は、転がり軸受１０と、シール２０及びシール３０と、第１基板４１と、複数の第１電極４２、複数の第２電極４３及び第１絶縁膜４４と、第３電極５０と、第２基板６１と、複数の第４電極６２、複数の第５電極６３及び第２絶縁膜６４と、第６電極７０と、計測処理部８０とを有している。
　転がり軸受１０は、例えば、深溝玉軸受である。転がり軸受１０は、中心軸Ａを有している。以下においては、中心軸Ａに沿う方向を、「軸方向」という。転がり軸受１０は、内輪１１（回転輪）と、外輪１２（固定輪）と、複数の転動体１３と、保持器１４とを有している。
　内輪１１は、環状（リング状）の形状を有している。内輪１１は、内周面１１ａと、外周面１１ｂと、幅面１１ｃと、幅面１１ｄとを有している。
　内輪１１は、内周面１１ａにおいて、軸（図示せず）に取り付けられる。内周面１１ａは、中心軸Ａ側を向いている。外周面１１ｂは、中心軸Ａとは反対側を向いている。すなわち、外周面１１ｂは、中心軸Ａに直交する方向（以下においては、「径方向」という）における内周面１１ａの反対面である。外周面１１ｂは、軌道面１１ｂａを含んでいる。軌道面１１ｂａは、外周面１１ｂのうちの転動体１３と接触している部分である。
　幅面１１ｃ及び幅面１１ｄは、軸方向における内輪１１の端面である。幅面１１ｄは、軸方向における幅面１１ｃの反対面である。幅面１１ｃの径方向における両端は、内周面１１ａ及び外周面１１ｂにそれぞれ連なっている。幅面１１ｄの径方向における両端は、内周面１１ａ及び外周面１１ｂにそれぞれ連なっている。
　外輪１２は、環状（リング状）の形状を有している。外輪１２は、内周面１２ａと、外周面１２ｂと、幅面１２ｃと、幅面１２ｄとを有している。
　外輪１２は、内周面１２ａが外周面１１ｂと対向するように配置されている。内周面１２ａは、中心軸Ａ側を向いている。内周面１２ａは、軌道面１２ａａを含んでいる。軌道面１２ａａは、内周面１２ａのうちの転動体１３と接触している部分である。軌道面１２ａａは、軌道面１１ｂａと対向している。外周面１２ｂは、中心軸Ａと反対側を向いている。すなわち、外周面１２ｂは、径方向における内周面１２ａの反対面である。外輪１２は、外周面１２ｂにおいて、ハウジング（図示せず）に取り付けられる。
　幅面１２ｃ及び幅面１２ｄは、軸方向における外輪１２の端面である。幅面１２ｄは、軸方向における幅面１２ｃの反対面である。幅面１２ｃの径方向における両端は、内周面１２ａ及び外周面１２ｂにそれぞれ連なっている。幅面１２ｄの径方向における両端は、内周面１２ａ及び外周面１２ｂにそれぞれ連なっている。
　転動体１３は、例えば、球状の形状を有している。転動体１３は、外周面１１ｂと内周面１２ａとの間に配置されている。より具体的には、転動体１３は、軌道面１１ｂａと軌道面１２ａａとの間に配置されている。
　保持器１４は、中心軸Ａを中心とする円周に沿う方向（以下においては、「周方向」という）において隣り合う２つの転動体１３の間の距離が一定範囲内となるように、転動体１３を保持している。
　保持器１４は、例えば、打ち抜き保持器である。保持器１４は、保持部１４ａと、連結部１４ｂとを有している。保持部１４ａは、転動体１３を保持している部分である。保持部１４ａは、転動体１３を保持可能なように、転動体１３の表面に沿った形状（部分球面形状）を有している。保持部１４ａの数は、転動体１３の数に等しい。連結部１４ｂは、周方向において隣り合う２つの保持部１４ａを連結している。保持部１４ａは、軸方向に沿って連結部１４ｂから突出している。保持器１４は、導電性材料（例えば、金属材料）により形成されている。
　シール２０は、軸方向における一方側から、外周面１１ｂと内周面１２ａとの間にある転がり軸受１０の内部空間（以下においては、「軸受空間」という）を閉塞している。シール３０は、軸方向における他方側から軸受空間を閉塞している。シール２０は、幅面１２ｃ側に位置している内周面１２ａに取り付けられている。シール３０は、幅面１２ｄ側に位置している内周面１２ａに取り付けられている。なお、図示されていないが、軸受空間には、グリース等の潤滑剤Ｌが封入されている。
　シール２０は、第１面２０ａと、第２面２０ｂとを有している。第１面２０ａは、軸受空間側を向いている面である。第２面２０ｂは、第１面２０ａの軸方向における反対面である。シール３０は、第１面３０ａと、第２面３０ｂとを有している。第１面３０ａは、軸受空間側を向いている面である。第２面３０ｂは、第１面３０ａの反対面である。
　図３は、第１基板４１の平面図である。なお、図３中において、第１絶縁膜４４の図示は省略されている。図４は、図３のＩＶ－ＩＶにおける断面図である。図５は、図３のＶ－Ｖにおける断面図である。図３～図５に示されるように、第１基板４１は、環状（リング状）の形状を有している。第１基板４１は、第１面２０ａ上に配置されている。
　第１基板４１は、第１面４１ａと、第２面４１ｂとを有している。第１面４１ａは、軸受空間側を向いている面である。第２面４１ｂは、第１面４１ａの反対面である。第１基板４１は、絶縁性材料により形成されている。第１電極４２及び第２電極４３は、第１面４１ａ上に配置されている。第１基板４１がシール２０の第１面２０ａ上に配置されており、第１電極４２及び第２電極４３が第１面４１ａ上に配置されているため、第１電極４２及び第２電極４３の外輪１２に対する位置は、固定されている。第１電極４２及び第２電極４３は、軸方向において、保持器１４に対向している。
　第１電極４２及び第２電極４３は、例えば、周方向に沿って等間隔で交互に配置されている。第１電極４２の数及び第２電極４３の数は、例えば、保持部１４ａの数に等しい。第１電極４２は、互いに電気的に接続されている。第２電極４３は、互いに電気的に接続されている。第１電極４２と第２電極４３とは、互いに電気的に絶縁されている。第１絶縁膜４４は、第１電極４２及び第２電極４３上に配置されている。第１絶縁膜４４は、絶縁性材料により形成されている。
　第３電極５０は、例えば、保持器１４により構成されている。内輪１１が外輪１２に対して回転するに伴い、保持器１４が回転する。保持器１４（第３電極５０）と第１電極４２との間の距離を、第１距離とする。保持器１４（第３電極５０）と第２電極４３との間の距離を第２距離とする。保持器１４の回転に伴い、保持部１４ａが第１電極４２と対向しているとともに連結部１４ｂが第２電極４３と対向している状態と保持部１４ａが第２電極４３と対向しているとともに第１電極４２が連結部１４ｂと対向している状態とが繰り返されることになる。すなわち、第１距離及び第２距離は、内輪１１の回転に伴って変化し、第１距離の時間変化の位相と第２距離の時間変化の位相とは互いにずれている。
　図６Ａは、第１電極４２及び第２電極４３から電流が出力される原理を説明するための第１説明図である。図６Ｂは、第１電極４２及び第２電極４３から電流が出力される原理を説明するための第２説明図である。図６Ｃは、第１電極４２及び第２電極４３から電流が出力される原理を説明するための第３説明図である。図６Ｄは、第１電極４２及び第２電極４３から電流が出力される原理を説明するための第４説明図である。
　転がり軸受１０の動作時には、軸受空間に潤滑剤Ｌが供給されている。そのため、図６Ａに示されるように、内輪１１の回転に伴って保持器１４（第３電極５０）が回転することにより、第１電極４２上にある第１絶縁膜４４と第３電極５０とが潤滑剤Ｌを介して互いに摺動する。その結果、第１電極４２に正の電荷が誘導されるとともに、第２電極４３に負の電荷が誘導される。
　図６Ａに示される状態から内輪１１の回転（保持器１４の回転）が進むと、図６Ｂに示されるように、各電極に誘導された電荷に起因した起電力に基づいて、第１電極４２から第２電極４３へと電流が流れる。
　図６Ｂに示される状態から内輪１１の回転（保持器１４の回転）がさらに進むと、図６Ｃに示されるように、第２電極４３上にある第１絶縁膜４４と第３電極５０とが潤滑剤Ｌを介して互いに摺動する。その結果、第１電極４２に負の電荷が誘導されるとともに、第２電極４３に正の電荷が誘導される。
　図６Ｃに示される状態から内輪１１の回転（保持器１４の回転）がさらに進むと、図６Ｄに示されるように、各電極に誘導された電荷に起因した起電力に基づいて、第２電極４３から第１電極４２へと電流が流れる。図６Ｄに示される状態から内輪１１の回転（保持器１４の回転）がさらに進むと、図６Ａに示される状態に戻る。
　このように、転がり軸受１０においては、外輪１２に対する内輪１１の回転（保持器１４の回転）に伴い、第１電極４２及び第２電極４３からパルス状の交番電流（電圧）が出力される。そして、保持器１４の回転速度（以下においては、「第１回転速度」とする）が速くなるほど、図６Ａ～図６Ｄに示されるサイクルが短くなるため、第１電極４２及び第２電極４３からの出力のパルス数が増加する。すなわち、第１電極４２及び第２電極４３からの出力のパルス数は、第１回転速度を示している。
　図７は、第２基板６１の平面図である。図７中において、第２絶縁膜６４の図示は省略されている。図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩにおける断面図である。図９は、図７のＩＸ－ＩＸにおける断面図である。図７～図９に示されるように、第２基板６１は、環状（リング状）の形状を有している。第２基板６１は、シール３０の第１面３０ａ上に配置されている。
　第２基板６１は、第１面６１ａと、第２面６１ｂとを有している。第１面６１ａは、軸受空間側を向いている面である。第２面６１ｂは、第１面６１ａの反対面である。第２基板６１は、絶縁性材料により形成されている。
　第４電極６２及び第５電極６３は、第１面６１ａ上に配置されている。第４電極６２及び第５電極６３は、例えば、周方向に沿って等間隔で交互に配置されている。第４電極６２は、例えば、互いに電気的に接続されている。第５電極６３は、例えば、互いに電気的に接続されている。第４電極６２と第５電極６３とは、互いに電気的に絶縁されている。第２絶縁膜６４は、第４電極６２及び第５電極６３上に配置されている。第２絶縁膜６４は、絶縁性材料により形成されている。第４電極６２の数及び第５電極６３の数は、例えば、転動体１３の数に等しい。
　第６電極７０は、導電性材料（例えば金属材料）により形成されている。第６電極７０は、内輪１１（より具体的には、外周面１１ｂ）に取り付けられている。そのため、第６電極７０の内輪１１に対する位置は、固定されている。図１０は、第６電極７０の平面図である。図１１は、図１０のＸＩ－ＸＩにおける断面図である。図１０及び図１１に示されるように、環状（リング状）の形状を有している。
　第６電極７０の外周側には、複数の凸部７０ａ及び凹部７０ｂが形成されている。凸部７０ａ及び凹部７０ｂは、周方向に沿って交互に配置されている。凸部７０ａの数及び凹部７０ｂの数は、例えば、第４電極６２の数（第５電極６３の数）に等しい。第６電極７０の外周は、凸部７０ａにおいて径方向に沿って突出している（別の観点から言えば、凹部７０ｂにおいて径方向に沿って窪んでいる）。
　第６電極７０（より具体的には、第６電極７０の外周側）と第４電極６２との間の距離を、第３距離とする。第６電極７０と第５電極６３との間の距離を、第４距離とする。第６電極７０の外周は、凸部７０ａにおいて第４電極６２及び第５電極６３と対向可能な位置まで延在しているが、凹部７０ｂにおいて第４電極６２及び第５電極６３と対向可能な位置まで延在していない。
　そのため、内輪１１の回転に伴い、第４電極６２は第６電極７０の外周側と対向しているが第５電極６３は第６電極７０の外周側と対向していない状態と第５電極６３は第６電極７０の外周側と対向しているが第４電極６２は第６電極７０の外周側と対向していない状態とが繰り返されることになる。その結果、第３距離及び第４距離は、内輪１１の回転に伴って変化し、第３距離の時間変化の位相と第４距離の時間変化の位相とは互いにずれている。なお、第４電極６２及び第５電極６３からは、図６Ａ～図６Ｄに示される原理と同様の原理により、パルス状の電流（電圧）が出力され、当該出力のパルス数は、内輪１１の回転速度（以下においては、「第２回転速度」とする）を示している。
　図１２は、計測処理部８０のブロック図である。図１２中において、信号が伝達される方向が矢印により示されている。図１２に示されるように、計測処理部８０は、無線送信装置８１を有している。無線送信装置８１は、例えば、信号処理部８１ａと、データ演算部８１ｂと、電源部８１ｃと、アンテナ８１ｄとを有している。無線送信装置８１は、シール２０（より具体的には、第２面２０ｂ上）に取り付けられている。
　信号処理部８１ａは、信号線（図示せず）により、第１電極４２及び第２電極４３並びに第４電極６２及び第５電極６３に接続されている。信号処理部８１ａは、第１電極４２及び第２電極４３からのパルス状の出力（電圧信号又は電流信号）に対して、ノイズ除去を行うとともに、当該出力のパルス数を計測する。信号処理部８１ａは、第４電極６２及び第５電極６３からのパルス状の出力に対しても、同様の処理を行う。上記のとおり、第１電極４２及び第２電極４３からの出力のパルス数は、第１回転速度に対応しており、第４電極６２及び第５電極６３からの出力のパルス数は、第２回転速度に対応している。
　データ演算部８１ｂは、第１電極４２及び第２電極４３からの出力のパルス数に基づいて第１回転速度を算出するとともに、第４電極６２及び第５電極６３からの出力のパルス数に基づいて第２回転速度を算出する。また、データ演算部８１ｂは、第１回転速度と第２回転速度との比に基づき、転がり軸受１０に加わっているアキシャル荷重を算出する。算出されたアキシャル荷重のデータは、データ演算部８１ｂにおいて無線通信を行うためのベースバンド信号処理及びＲＦ信号処理が行われた上で、アンテナ８１ｄを介して無線送信される。
　電源部８１ｃは、蓄電装置８１ｃａを有している。蓄電装置８１ｃａは、例えば、キャパシタや二次電池により構成されている。蓄電装置８１ｃａにおける蓄電は、第１電極４２及び第２電極４３からの出力並びに第４電極６２及び第５電極６３からの出力により行われる。電源部８１ｃは、蓄電装置８１ｃａに蓄電された電力により、信号処理部８１ａ及びデータ演算部８１ｂの駆動を行う。
　計測処理部８０は、さらに、受信装置８２を有していてもよい。受信装置８２は、例えば、演算処理部８２ａと、記憶装置８２ｂと、表示装置８２ｃと、アンテナ８２ｄとを有している。
　演算処理部８２ａは、無線送信装置８１から送信された無線信号を、アンテナ８２ｄを介して受信するとともに、受信した信号に対してＲＦ信号処理及びベースバンド信号処理を行うことにより、転がり軸受１０に加わっているアキシャル荷重のデータを取得する。演算処理部８２ａは、取得されたアキシャル荷重のデータを記憶装置８２ｂに格納するとともに、表示装置８２ｃに表示させる。
　以下に、軸受装置１００の効果を説明する。
　第１電極４２、第２電極４３、第１絶縁膜４４及び第３電極５０並びに第４電極６２、第５電極６３、第２絶縁膜６４及び第６電極７０が軸受空間内に配置されているため、軸受装置１００の寸法と転がり軸受１０の寸法とに大きな違いはない。そのため、軸受装置１００によると、アキシャル荷重の検知する機能を付加しつつも、既存の転がり軸受と置き換え可能となる。なお、軸受装置１００によると、アキシャル荷重のモニタリングが可能であるため、転がり軸受１０の焼き付き等の突発的な故障や転がり軸受１０の余寿命の予測等が可能となる。
　軸受装置１００においては、無線送信装置８１を第１電極４２及び第２電極４３から出力された電力並びに第４電極６２及び第５電極６３から出力された電力で駆動することができるため、アキシャル荷重に関するデータの送信に電力の供給が不要となる。
　軸受装置１００においては、無線送信装置８１がアキシャル荷重に関するデータを受信装置８２に対して無線通信して送信するため、受信装置８２の配置の自由度を高める（より具体的には、受信装置８２を軸受装置１００が用いられる機械装置の外部に配置する）ことができる。
　（変形例１）
　上記においては、第４電極６２及び第５電極６３からの出力に基づいて第２回転速度を算出することとしたが、第２回転速度は、例えば、内輪１１に取り付けられる軸を駆動する装置から受信装置８２に供給され、演算処理部８２ａにおいてアキシャル荷重を算出してもよい。
　（変形例２）
　図１３は、第２変形例に係る軸受装置１００の断面図である。上記においてはシール２０を用いたが、図１３に示されるように、シール２０に代えて支持部材９０が用いられてもよい。支持部材９０は、第１面９０ａと、第２面９０ｂとを有している。支持部材９０は、シール２０と同様に、軸受空間の一方側から閉塞している。第１面９０ａは、軸受空間側を向いている面である。第２面９０ｂは、第１面９０ａの反対面である。
　第１基板４１及び第２基板６１は、支持部材９０に取り付けられている。より具体的には、第１基板４１及び第２基板６１は、第１面９０ａ上に配置されている。その結果、軸受空間内において、第１電極４２、第２電極４３、第４電極６２及び第５電極６３は、軸方向における一方側に配置されていることになる。無線送信装置８１は、第２面９０ｂ上に配置されている。この場合、第１電極４２、第２電極４３、第４電極６２及び第５電極６３と無線送信装置８１とを接続するための配線の取り回しが容易になる。
　（第２実施形態）
　以下に、第２実施形態に係る荷重検出機能付軸受装置（以下においては、「軸受装置２００」とする）の構成を説明する。ここでは、軸受装置１００の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
　図１４は、軸受装置２００の断面図である。図１４に示されるように、軸受装置２００は、転がり軸受１０と、シール２０及びシール３０と、第１基板４１と、複数の第１電極４２、複数の第２電極４３及び第１絶縁膜４４と、第３電極５０と、第２基板６１と、複数の第４電極６２、複数の第５電極６３及び第２絶縁膜６４と、計測処理部８０とを有している。この点に関して、軸受装置２００の構成は、軸受装置１００の構成と共通している。
　しかしながら、軸受装置２００は、第６電極７０を有していない。軸受装置２００において、第４電極６２及び第５電極６３は、第３電極５０と対向している。軸受装置２００において、第３距離は、第１電極４２と第３電極５０との間の距離であり、第４距離は、第２電極４３と第３電極５０との間の距離である。第１電極４２及び第２電極４３は、軸方向において、保持器１４を挟んで第４電極６２及び第５電極６３とは反対側に配置されている。
　軸受装置２００において、信号処理部８１ａは、第１電極４２及び第２電極４３からの出力の振幅（以下においては、「第１振幅」とする）を計測するとともに第４電極６２及び第５電極６３からの出力の振幅（以下においては、「第２振幅」とする）を計測する。転がり軸受１０にアキシャル荷重が加わると、軸方向における保持器１４の位置が変動する。
　その結果、第１電極４２（第２電極４３）と第３電極５０との間の静電容量及び第４電極６２（第５電極６３）と第３電極５０との間の静電容量の一方が増加し、第１電極４２（第２電極４３）と第３電極５０との間の静電容量及び第４電極６２（第５電極６３）と第３電極５０との間の静電容量の他方が減少する。このことを別の観点から言えば、第１振幅及び第２振幅の一方が増加し、第１振幅及び第２振幅の他方が減少する。そのため、データ演算部８１ｂは、第１振幅及び第２振幅に基づいて、転がり軸受１０に加わるアキシャル荷重の大きさ及び方向を算出する。これらの点に関し、軸受装置２００の構成は、軸受装置１００の構成と異なっている。
　以下に、軸受装置２００の効果を説明する。
　第１電極４２、第２電極４３、第１絶縁膜４４、第３電極５０、第４電極６２、第５電極６３、第２絶縁膜６４及び第６電極７０が軸受空間内に配置されているため、軸受装置２００の寸法と転がり軸受１０の寸法とに大きな違いはない。そのため、軸受装置２００によると、アキシャル荷重の大きさ及び方向を検知する機能を付加しつつも、既存の転がり軸受と置き換え可能となる。
　（第３実施形態）
　以下に、第３実施形態に係る発電機能付軸受装置（以下「軸受装置３００」とする）の構成を説明する。
　図１５は、軸受装置３００の平面図である。図１６は、図１５のＸＶＩ－ＸＶＩにおける断面図である。図１７は、図１６の領域ＸＶＩＩにおける拡大図である。図１５～図１７に示されるように、軸受装置３００は、転がり軸受１１０と、シール１２０と、ステータ１３０と、絶縁膜１４０と、ロータ１５０とを有している。
　転がり軸受１１０は、例えば、深溝玉軸受である。但し、転がり軸受１１０は、これに限られるものではない。転がり軸受１１０は、内輪１１１と、外輪１１２と、複数の転動体１１３と、保持器１１４とを有している。転がり軸受１１０は、中心軸Ａ１を有している。以下において、中心軸Ａ１に沿う方向を、軸方向とする。内輪１１１は、外輪１１２に対して回転可能である。すなわち、転がり軸受１１０においては、内輪１１１が回転輪であり、外輪１１２が静止輪である。
　内輪１１１は、環状（リング状）の形状を有している。内輪１１１は、内周面１１１ａと、外周面１１１ｂと、幅面１１１ｃと、幅面１１１ｄとを有している。
　内輪１１１は、内周面１１１ａにおいて、軸（図示せず）に取り付けられる。内周面１１１ａは、中心軸Ａ１を中心とする円周に沿う方向（以下「周方向」とする）に沿って延在している。内周面１１１ａは、中心軸Ａ１側を向いている。
　外周面１１１ｂは、周方向に沿って延在している。外周面１１１ｂは、中心軸Ａ１とは反対側を向いている。すなわち、外周面１１１ｂは、中心軸Ａ１に直交する方向（以下「径方向」とする）における内周面１１１ａの反対面である。外周面１１１ｂは、軌道面１１１ｂａを有している。軌道面１１１ｂａは、転動体１１３に接触する外周面１１１ｂの部分である。
　幅面１１１ｃ及び幅面１１１ｄは、軸方向における端面を構成している。幅面１１１ｄは、軸方向における幅面１１１ｃの反対面である。径方向において、幅面１１１ｃの両端は、それぞれ内周面１１１ａ及び外周面１１１ｂに連なっている。径方向における幅面１１１ｄの両端は、それぞれ内周面１１１ａ及び外周面１１１ｂに連なっている。
　外輪１１２は、リング状の形状を有している。外輪１１２は、内周面１１２ａと、外周面１１２ｂと、幅面１１２ｃと、幅面１１２ｄとを有している。
　内周面１１２ａは、周方向に沿って延在している。内周面１１２ａは、中心軸Ａ１側を向いている。外輪１１２は、内周面１１２ａが外周面１１１ｂに対向するように配置されている。内周面１１２ａは、軌道面１１２ａａを有している。軌道面１１２ａａは、転動体１１３に接触する内周面１１２ａの部分である。軌道面１１２ａａは、軌道面１１１ｂａに対向している。
　外輪１１２は、外周面１１２ｂにおいて、ハウジング（図示せず）に取り付けられる。外周面１１２ｂは、周方向に沿って延在している。外周面１１２ｂは、中心軸Ａ１とは反対側を向いている。すなわち、外周面１１２ｂは、径方向における内周面１１２ａの反対面である。
　幅面１１２ｃ及び幅面１１２ｄは、軸方向における端面を構成している。幅面１１２ｄは、軸方向における幅面１１２ｃの反対面である。径方向において、幅面１１２ｃの両端は、それぞれ内周面１１２ａ及び外周面１１２ｂに連なっている。径方向における幅面１１２ｄの両端は、それぞれ内周面１１２ａ及び外周面１１２ｂに連なっている。
　転動体１１３は、玉であり、球状の形状を有している。転動体１１３は、外周面１１１ｂと内周面１１２ａとの間に配置されている。より具体的には、転動体１１３は、軌道面１１１ｂａと軌道面１１２ａａとの間に配置されている。
　保持器１１４は、内輪１１１と外輪１１２との間（より具体的には、外周面１１１ｂと内周面１１２ａとの間）に配置されている。保持器１１４は、周方向において隣り合う２つの転動体１１３の間の距離が一定範囲内となるように、転動体１１３を保持している。
　以下において、外周面１１１ｂと内周面１１２ａとの間の空間を、軸受空間とする。シール１２０は、軸方向における一方側から軸受空間を閉塞している。シール１２０は、外輪１１２に取り付けられている。より具体的には、シール１２０は、軌道面１１２ａａよりも幅面１１２ｃ側に位置している内周面１１２ａに取り付けられている。シール１２０は、第１面１２０ａと、第２面１２０ｂとを有している。第１面１２０ａは、軸受空間側を向いている面である。第２面１２０ｂは、軸方向における第１面１２０ａの反対面である。第１面１２０ａ及び第２面１２０ｂは、シール１２０の主面を構成している。
　ステータ１３０は、第１基材１３１と、複数の第１電極１３２と、複数の第２電極１３３とを有している。ステータ１３０は、シール１２０に取り付けられている。より具体的には、ステータ１３０は、第１面１２０ａ上に配置されている。そのため、第１電極１３２及び第２電極１３３は、軸受空間内（転がり軸受１１０の内部）に配置されているとともに、外輪１１２に対する位置が固定されていることになる。
　図１８は、ステータ１３０の平面図である。図１９は、図１８のＸＸＩＸ－ＸＸＩＸにおける断面図である。図２０は、図１８のＸＸ－ＸＸにおける断面図である。図１８～図２０に示されるように、第１基材１３１は、リング状の形状を有している。第１基材１３１は、第１面１３１ａと、第２面１３１ｂとを有している。第２面１３１ｂは、第１面１３１ａの反対面であり、シール１２０側を向いている。第１面１３１ａ及び第２面１３１ｂは、第１基材１３１の主面を構成している。第１基材１３１は、第２面１３１ｂにおいて、シール１２０に取り付けられている。第１基材１３１は、絶縁材料により形成されている。
　第１電極１３２及び第２電極１３３は、第１面１３１ａ上に配置されている。第１電極１３２及び第２電極１３３は、周方向に沿って、等間隔で交互に配置されている。第１電極１３２の数は、第２電極１３３の数に等しい。第１電極１３２及び第２電極１３３は、導電性材料（例えば金属材料）により形成されている。複数の第１電極１３２の各々は、互いに電気的に接続されている。複数の第２電極１３３の各々は、互いに電気的に接続されている。但し、第１電極１３２と第２電極１３３とは、電気的に分離されている。
　絶縁膜１４０は、絶縁材料により形成されている。絶縁膜１４０は、帯電性に優れる樹脂材料により形成されていることが好ましい。絶縁膜１４０を構成する材料の具体例としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロオロエチレン）等が挙げられる。図２１は、絶縁膜１４０の平面図である。図２２は、図２１のＸＸＩＩ－ＸＸＩＩにおける断面図である。図２１及び図２２に示されるように、絶縁膜１４０は、リング状の形状を有している。
　絶縁膜１４０は、第１面１４０ａと第２面１４０ｂを有している。第２面１４０ｂは、第１面１４０ａの反対面であり、ステータ１３０側（第１電極１３２側及び第２電極１３３側）を向いている。第１面１４０ａ及び第２面１４０ｂは、絶縁膜１４０の主面を構成している。絶縁膜１４０は、第２面１４０ｂにおいて、ステータ１３０に取り付けられている。すなわち、絶縁膜１４０は、第１電極１３２及び第２電極１３３上に配置されている。
　第１面１４０ａには、複数の動圧溝１４１が形成されている。第１面１４０ａは、動圧溝１４１において、第２面１４０ｂ側に窪んでいる。動圧溝１４１は、例えば、周方向に沿って等間隔で形成されている。動圧溝１４１は、平面視において（第１面１４０ａに直交する方向から見て）、Ｖ字形状を有している。すなわち、動圧溝１４１は、平面視において、第１部分１４１ａと、第２部分１４１ｂとを有している。図示されていないが、動圧溝１４１に対応した形状の溝が、第１電極１３２及び第２電極１３３の表面（絶縁膜１４０側の面）に形成されていてもよい。絶縁膜１４０が柔軟性のある薄膜で形成されている場合、絶縁膜１４０が当該溝に倣うことにより、第１面１４０ａに動圧溝１４１が形成されることになる。
　第１部分１４１ａは、直線状に延在している。第１部分１４１ａは、一方端及び他方端を有している。第１部分１４１ａの一方端は、絶縁膜１４０の径方向における中央部に位置している。第１部分１４１ａの他方端は、第１部分１４１ａの一方端よりも絶縁膜１４０の内周縁の近くに位置している。
　第２部分１４１ｂは、直線状に延在している。第２部分１４１ｂは、一方端及び他方端を有している。第２部分１４１ｂの一方端は、絶縁膜１４０の径方向における中央部に位置しており、第１部分１４１ａの一方端に接続されている。なお、第１部分１４１ａの一方端と第２部分１４１ｂの一方端とが互いに接続されている部分が、Ｖ字形状の先端となる。第２部分１４１ｂの他方端は、第２部分１４１ｂの一方端よりも絶縁膜１４０の外周縁の近くに位置している。第２部分１４１ｂの他方端は、径方向において、第１部分１４１ａの他方端と対向する位置にある。
　図２３は、ロータ１５０の平面図である。図２４は、図２３のＸＸＩＶ－ＸＸＩＶにおける断面図である。図２３及び図２４に示されるように、ロータ１５０は、第２基材１５１と、第３電極１５２とを有している。
　第２基材１５１は、リング状の形状を有している。第２基材１５１は、内周側において内輪１１１（より具体的には、軌道面１１１ｂａよりも幅面１１１ｃ側に位置している外周面１１１ｂの部分）に取り付けられている。第２基材１５１は、ステータ１３０及び絶縁膜１４０よりも保持器１１４に近い位置にある。
　第２基材１５１は、第１面１５１ａと、第２面１５１ｂとを有している。第１面１５１ａは、ステータ１３０及び絶縁膜１４０側を向いている面である。第２面１５１ｂは、第１面１５１ａの反対面であり、保持器１１４側を向いている面である。第１面１５１ａ及び第２面１５１ｂは、第２基材１５１の主面を構成している。
　第３電極１５２は、第１面１５１ａ上に配置されている。上記のとおり、第２基材１５１が内輪１１１に取り付けられているため、第３電極１５２は、内輪１１１に対する位置が固定されているとともに、軸受空間内（転がり軸受１１０の内部）に配置されていることになる。第３電極１５２は、内輪１１１が回転する際に、軸方向において第１電極１３２及び第２電極１３３と対向可能に配置されている。第３電極１５２は、導電性材料（例えば金属材料）により形成されている。第３電極１５２の数は、第１電極１３２（第２電極１３３）の数に等しい。第３電極１５２は、周方向に沿って等間隔に配置されている。図示されていないが、第３電極１５２の表面（ステータ１３０と対向している面）に動圧溝を設ける場合、第３電極１５２の製造工程においてエッチングを行うことにより、当該動圧溝を形成することができる。
　第３電極１５２と第１電極１３２との間の距離を、第１距離とする。第３電極１５２と第２電極１３３との間の距離を、第２距離とする。内輪１１１の外輪１１２に対する回転に伴い、第３電極１５２が第１電極１３２と対向しているが第２電極１３３と対向していない状態と第３電極１５２が第１電極１３２と対向していないが第２電極１３３と対向している状態とが繰り返されることになる。すなわち、第１距離及び第２距離は、内輪１１１の外輪１１２に対する回転に伴って変化することになり、第１距離の時間変化の位相と第２距離の時間変化の位相とは互いにずれている。
　以下に、軸受装置３００における発電動作を説明する。
　図２５Ａは、第１電極１３２及び第２電極１３３から電流が出力される原理を説明するための第１説明図である。図２５Ｂは、第１電極１３２及び第２電極１３３から電流が出力される原理を説明するための第２説明図である。図２５Ｃは、第１電極１３２及び第２電極１３３から電流が出力される原理を説明するための第３説明図である。図２５Ｄは、第１電極１３２及び第２電極１３３から電流が出力される原理を説明するための第４説明図である。
　転がり軸受１１０の動作時には、軸受空間に潤滑剤Ｌ１が供給されている。そのため、図２５Ａに示されるように、内輪１１１の回転に伴って、第１電極１３２上にある絶縁膜１４０と第３電極１５２とが潤滑剤Ｌ１を介して互いに摺動する。その結果、第１電極１３２に正の電荷が誘導されるとともに、第２電極１３３に負の電荷が誘導される。
　図２５Ａに示される状態から内輪１１１の回転が進むと、図２５Ｂに示されるように、各電極に誘導された電荷に起因した起電力に基づいて、第１電極１３２から第２電極１３３へと電流が流れる。
　図２５Ｂに示される状態から内輪１１１の回転がさらに進むと、図２５Ｃに示されるように、第２電極１３３上にある絶縁膜１４０と第３電極１５２とが潤滑剤Ｌ１を介して互いに摺動する。その結果、第１電極１３２に負の電荷が誘導されるとともに、第２電極１３３に正の電荷が誘導される。
　図２５Ｃに示される状態から内輪１１１の回転がさらに進むと、図２５Ｄに示されるように、各電極に誘導された電荷に起因した起電力に基づいて、第２電極１３３から第１電極１３２へと電流が流れる。図２５Ｄに示される状態から内輪１１１の回転がさらに進むと、図２５Ａに示される状態に戻る。
　このように、軸受装置３００においては、外輪１１２に対する内輪１１１の回転に伴って、第１電極１３２及び第２電極１３３からパルス状の電流（電圧）が出力される。
　＜変形例＞
　図２６は、変形例に係る軸受装置３００の拡大断面図である。ロータ１５０は、図２６に示されるように、保持器１１４に取り付けられていてもよい。より具体的には、第２基材１５１が保持器１１４の軸方向における端面に取り付けられるとともに、第３電極１５２が第２基材１５１上に配置されていてもよい。保持器１１４は、内輪１１１の外輪１１２に対する回転に伴って回転するため、第２基材１５１を介して保持器１１４に取り付けられた第３電極１５２も、内輪１１１の外輪１１２に対する回転に伴って回転することになる。
　以下に、軸受装置３００の効果を説明する。
　軸受装置３００においては、第１電極１３２、第２電極１３３、絶縁膜１４０及び第３電極１５２が軸受空間内（転がり軸受１１０の内部）に配置されているため、転がり軸受１１０の内部に発電機能を組み込むことが可能となる。その結果、軸受装置３００の寸法は、発電機能を有しているにもかかわらず、既存の転がり軸受の寸法と大きな違いがないため、既存の転がり軸受と置き換えることが可能となる。
　軸受装置３００においては、内輪１１１の回転（図２１中の矢印参照、この回転の方向を以下においては「第１方向」とする）に伴って潤滑剤Ｌ１が動圧溝１４１に引き込まれることにより、絶縁膜１４０と第３電極１５２との間に、絶縁膜１４０と第３電極１５２とを離間させるような動圧が発生する。この動圧により、絶縁膜１４０と第３電極１５２との直接接触が抑制される。その結果、軸受装置３００においては、絶縁膜１４０と第３電極１５２との直接接触に起因する摩耗・摩擦や騒音の発生が抑制される。
　また、軸受装置３００においては、上記の動圧により絶縁膜１４０と第３電極１５２との直接接触を抑制することができるため、絶縁膜１４０（第１電極１３２及び第２電極１３３）と第３電極１５２との間の距離を小さくして第１電極１３２及び第２電極１３３と第３電極１５２とにより構成されるコンデンサの静電容量を高めることができる。当該コンデンサの静電容量が高くなるほど発電量が大きくなるため、軸受装置３００は、発電量を改善できる。
　軸受装置３００においては、上記の動圧により絶縁膜１４０と第３電極１５２との間の間隔が保たれるため、加工バラつきに起因した各電極の間の距離のバラつきの発電量への影響を緩和することができる。なお、絶縁膜１４０が樹脂材料により形成されている場合には、動圧溝１４１を例えばホットプレス等により容易に形成することができる。
　変形例に係る軸受装置３００においては、第３電極１５２が第１電極１３２及び第２電極１３３に対向している保持器１１４の端面に配置されているため、第１電極１３２及び第２電極１３３が配置されている外輪１１２と保持器１１４との間の相対的な位置関係が安定化する。その結果、変形例に係る軸受装置においては、転動体１１３と保持器１１４との間の衝突音の発生を抑制することができる。
　（第４実施形態）
　以下に、第４実施形態に係る発電機能付軸受装置（以下「軸受装置４００」とする）の構成を説明する。ここでは、軸受装置３００の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
　軸受装置４００は、転がり軸受１１０と、シール１２０と、ステータ１３０と、ロータ１５０とを有している。この点に関し、軸受装置４００の構成は、軸受装置３００の構成と共通している。
　図２７は、軸受装置４００におけるステータ１３０の平面図である。図２８は、図２７のＸＸＶＩＩＩ－ＸＸＶＩＩＩにおける断面図である。図２９は、図２７のＸＸＩＸ－ＸＸＩＸにおける断面図である。軸受装置４００は、絶縁膜１４０に代えて、複数の絶縁膜１４２及び絶縁膜１４３を有している。絶縁膜１４２は、第１電極１３２上に配置されている。絶縁膜１４３は、第２電極１３３上に配置されている。絶縁膜１４２及び絶縁膜１４３は、好ましくは、ＰＴＦＥ等の樹脂材料により形成されている。
　絶縁膜１４２の表面（第１電極１３２との対向面とは反対側の主面）上及び絶縁膜１４３の表面（第２電極１３３との対向面とは反対側の主面）上には、それぞれ、複数の動圧溝１４１及び動圧溝１４４が形成されている。動圧溝１４４は、動圧溝１４１と同様の形状を有している。但し、動圧溝１４４のＶ字形状の先端は、周方向において、動圧溝１４１のＶ字形状の先端とは逆側を向いている。
　以下に、軸受装置４００の効果を説明する。ここでは、軸受装置３００の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
　軸受装置３００において、動圧溝１４１は、そのＶ字形状の先端が、全て周方向において同一の側を向いている。そのため、内輪１１１が外輪１１２に対して第１方向に回転する際に絶縁膜１４０と第３電極１５２との間に動圧が発生する。しかしながら、内輪１１１が外輪１１２に対して第１方向とは逆方向（以下「第２方向」とする）に回転する際には、当該動圧が発生しがたい。
　軸受装置４００は、絶縁膜１４２（絶縁膜１４３）の表面に、動圧溝１４１に加えて動圧溝１４４が形成されている。動圧溝１４４は、周方向において動圧溝１４１とは反対側を向いているため、内輪１１１が外輪１１２に対して第２方向に回転する際にも、絶縁膜１４０と第３電極１５２との間に動圧を発生させることができる。このように、軸受装置４００によると、内輪１１１の外輪１１２に対する回転の方向にかかわらず、絶縁膜１４０と第３電極１５２との間に動圧を発生させることができるため、絶縁膜１４０と第３電極１５２との直接接触がさらに抑制される。
　（第５実施形態）
　以下に、第５実施形態に係る発電機能付軸受装置（以下「軸受装置５００」とする）の構成を説明する。ここでは、軸受装置３００の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
　軸受装置５００は、転がり軸受１１０と、シール１２０と、ステータ１３０と、ロータ１５０とを有している。この点に関して、軸受装置５００の構成は、軸受装置３００の構成と共通している。
　図３０は、軸受装置５００におけるロータ１５０の平面図である。図３０に示されるように、第３電極１５２の表面（第２基材１５１との対向面とは反対側の主面）には、複数の動圧溝１５３及び動圧溝１５４が形成されている。動圧溝１５３及び動圧溝１５４は、動圧溝１４１と同様のＶ字形状を有している。動圧溝１５３のＶ字形状の先端及び動圧溝１５４のＶ字形状の先端は、周方向において、互いに逆方向を向いている。なお、図示されていないが、軸受装置５００において、動圧溝１４１は形成されていなくてもよい。
　第３電極１５２の表面は、周方向における両端において、傾斜面１５５を介して第１面１５１ａに連なっている。傾斜面１５５は、第３電極１５２の表面側から第１面１５１ａ側へと向かうにしたがって第１面１５１ａとの間の距離が小さくなるように、傾斜している。
　以下に、軸受装置５００の効果を説明する。ここでは、軸受装置３００の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
　軸受装置５００においては、第３電極１５２の表面が傾斜面１５５を介して第１面１５１ａに連なっているため、内輪１１１が外輪１１２に対して回転する際に、潤滑剤Ｌ１が動圧溝１５３及び動圧溝１５４に集められやすい。その結果、内輪１１１の外輪１１２に対する回転速度が低速である場合であっても、絶縁膜１４０と第３電極１５２との間に動圧が発生しやすい。このように、軸受装置５００によると、絶縁膜１４０と第３電極１５２との直接接触がさらに抑制される。
　（第６実施形態）
　以下に、第６実施形態に係る発電機能付軸受装置（以下「軸受装置６００」とする）の構成を説明する。ここでは、軸受装置５００の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
　軸受装置６００は、転がり軸受１１０と、シール１２０と、ステータ１３０と、ロータ１５０とを有している。第３電極１５２の表面には、複数の動圧溝１５３及び動圧溝１５４が形成されている。第１面１４０ａには、動圧溝１４１が形成されていなくてもよい。これらの点に関し、軸受装置６００の構成は、軸受装置５００の構成と共通している。
　図３１は、軸受装置６００におけるロータ１５０の平面図である。図３２は、図３１の方向ＸＸＸＩＩから見た側面図である。図３１及び図３２に示されるように、第２基材１５１上には、第３電極１５２が間隔を空けて配置されている。第２基材１５１と第３電極１５２との間には、弾性部材１５６が介在されている。弾性部材１５６は、ウレタン、ゴム、スポンジ等の弾性材料により形成されている。弾性部材１５６は、第３電極１５２に対して、絶縁膜１４０側に向かう方向の付勢力を発生させている。
　第３電極１５２は、周方向における両端において、弾性ヒンジ１５７により、第２基材１５１に取り付けられている。弾性ヒンジ１５７は、第３電極１５２に対して、絶縁膜１４０側に向かう方向の付勢力を発生させている。軸受装置６００は、弾性部材１５６及び弾性ヒンジ１５７の一方を有していなくてもよい。
　以下に、軸受装置６００の効果を説明する。ここでは、軸受装置５００の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
　絶縁膜１４０と第３電極１５２との間に発生する動圧により絶縁膜１４０と第３電極１５２との間の距離が過度に大きくなると、第１電極１３２及び第２電極１３３と第３電極１５２とにより構成されるコンデンサの静電容量が小さくなるため、発電量が低下する。軸受装置６００においては、弾性部材１５６（弾性ヒンジ１５７）が絶縁膜１４０と第３電極１５２との間の距離を縮めるように付勢力を発生させるため、上記のコンデンサの静電容量を維持することができる。すなわち、軸受装置６００によると、発電量を維持することができる。
　以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。
　上記の実施形態は、転がり軸受に加わるアキシャル荷重を検出する機能を有する軸受装置に特に有利に適用される。また、上記の実施形態は、転がり軸受の内部に発電機能が組み込まれた軸受装置に特に有利に適用される。
　１００，２００　軸受装置、１０　転がり軸受、１１　内輪、１１ａ　内周面、１１ｂ　外周面、１１ｂａ　軌道面、１１ｃ　幅面、１１ｄ　幅面、１２　外輪、１２ａ　内周面、１２ａａ　軌道面、１２ｂ　外周面、１２ｃ　幅面、１２ｄ　幅面、１３　転動体、１４　保持器、１４ａ　保持部、１４ｂ　連結部、２０　シール、２０ａ　第１面、２０ｂ　第２面、３０　シール、３０ａ　第１面、３０ｂ　第２面、４１　第１基板、４１ａ　第１面、４１ｂ　第２面、４２　第１電極、４３　第２電極、４４　第１絶縁膜、５０　第３電極、６１　第２基板、６１ａ　第１面、６１ｂ　第２面、６２　第４電極、６３　第５電極、６４　第２絶縁膜、７０　第６電極、７０ａ　凸部、７０ｂ　凹部、８０　計測処理部、８１　無線送信装置、８１ａ　信号処理部、８１ｂ　データ演算部、８１ｃ　電源部、８１ｃａ　蓄電装置、８１ｄ，８２ｄ　アンテナ、８２　受信装置、８２ａ　演算処理部、８２ｂ　記憶装置、８２ｃ　表示装置、９０　支持部材、９０ａ　第１面、９０ｂ　第２面、Ａ　中心軸、Ｌ　潤滑剤、１１０　転がり軸受、１１１　内輪、１１１ａ　内周面、１１１ｂ　外周面、１１１ｂａ　軌道面、１１１ｃ，１１１ｄ　幅面、１１２　外輪、１１２ａ　内周面、１１２ａａ　軌道面、１１２ｂ　外周面、１１２ｃ，１１２ｄ　幅面、１１３　転動体、１１４　保持器、１２０　シール、１２０ａ　第１面、１２０ｂ　第２面、１３０　ステータ、１３１　第１基材、１３１ａ　第１面、１３１ｂ　第２面、１３２　第１電極、１３３　第２電極、１４０　絶縁膜、１４０ａ　第１面、１４０ｂ　第２面、１４１　動圧溝、１４１ａ　第１部分、１４１ｂ　第２部分、１４２　絶縁膜、１４３　絶縁膜、１４４　動圧溝、１５０　ロータ、１５１　第２基材、１５１ａ　第１面、１５１ｂ　第２面、１５２　第３電極、１５３，１５４　動圧溝、１５５　傾斜面、１５６　弾性部材、１５７　弾性ヒンジ、３００，４００，５００，６００　軸受装置、Ａ１　中心軸、Ｌ１　潤滑剤。

Claims (19)

  1. 　第１対向面を有する静止輪と、前記第１対向面に対向する第２対向面を有し、前記静止輪に対して回転する回転輪と、前記第１対向面と前記第２対向面との間に配置された転動体と、前記転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、
    　前記静止輪に対する位置が固定されているとともに、前記転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、
    　前記保持器に対する位置が固定されているとともに、前記転がり軸受の内部に配置されている第３電極と、
    　前記第１電極及び前記第２電極の表面に形成された第１絶縁膜と、
    　前記第１電極及び前記第２電極に接続されている計測処理部とを備え、
    　前記第３電極は、前記第１電極との間の距離である第１距離及び前記第２電極との間の距離である第２距離が前記回転輪の前記静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されており、
    　前記第１距離の時間変化の位相は、前記第２距離の時間変化の位相とずれており、
    　前記計測処理部は、前記第１電極及び前記第２電極からの出力に基づいて前記保持器の回転速度である第１回転速度を算出するとともに、前記第１回転速度と前記回転輪の回転速度である第２回転速度とに基づいて前記転がり軸受に加わるアキシャル荷重を算出するように構成されている、荷重検出機能付軸受装置。
  2. 　前記転がり軸受の内部に配置されている環状の第１基板をさらに備え、
    　前記第１電極及び前記第２電極は、前記転がり軸受の周方向に沿って前記第１基板上に配置されている、請求項１に記載の荷重検出機能付軸受装置。
  3. 　前記保持器は、導電性材料により形成されており、
    　前記保持器の前記転動体を保持している部分は、前記第３電極を構成している、請求項１又は請求項２に記載の荷重検出機能付軸受装置。
  4. 　前記静止輪に対する位置が固定されているとともに、前記転がり軸受の内部に配置されている第４電極及び第５電極と、
    　前記回転輪に対する位置が固定されているとともに、前記転がり軸受の内部に配置されている第６電極と、
    　前記第４電極及び前記第５電極の表面に形成された第２絶縁膜とをさらに備え、
    　前記第６電極は、前記第４電極との間の距離である第３距離及び前記第５電極との間の距離である第４距離が前記回転輪の前記静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されており、
    　前記第３距離の時間変化の位相は、前記第４距離の時間変化の位相とずれており、
    　前記計測処理部は、前記第４電極及び前記第５電極に接続されているとともに、前記第４電極及び前記第５電極からの出力に基づいて前記第２回転速度を算出するように構成されている、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の荷重検出機能付軸受装置。
  5. 　前記転がり軸受の内部に配置されている環状の第２基板をさらに備え、
    　前記第４電極及び前記第５電極は、前記転がり軸受の周方向に沿って前記第２基板上に配置されている、請求項４に記載の荷重検出機能付軸受装置。
  6. 　前記計測処理部は、算出された前記アキシャル荷重のデータを無線送信する無線送信装置を有する、請求項４又は請求項５に記載の荷重検出機能付軸受装置。
  7. 　前記計測処理部は、前記第１電極及び前記第２電極からの出力並びに前記第４電極及び前記第５電極からの出力に基づいて蓄電を行う蓄電装置をさらに有し、
    　前記無線送信装置は、前記蓄電装置により給電されて動作するように構成されている、請求項６に記載の荷重検出機能付軸受装置。
  8. 　前記計測処理部は、無線送信された前記第１回転速度及び前記第２回転速度を受信するように構成されている受信装置をさらに有する、請求項６又は請求項７に記載の荷重検出機能付軸受装置。
  9. 　第１対向面を有する静止輪と、前記第１対向面に対向する第２対向面を有し、前記静止輪に対して回転する回転輪と、前記第１対向面と前記第２対向面との間に配置された転動体と、前記転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、
    　前記静止輪に対する位置が固定されているとともに、前記転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、
    　前記保持器に対する位置が固定されているとともに、前記転がり軸受の内部に配置されている第３電極と、
    　前記静止輪に対する位置が固定されているとともに、前記転がり軸受の内部に配置されている第４電極及び第５電極と、
    　前記第１電極及び前記第２電極の表面に形成された第１絶縁膜と、
    　前記第４電極及び前記第５電極の表面に形成された第２絶縁膜と、
    　前記第１電極及び前記第２電極並びに前記第４電極及び前記第５電極に接続されている計測処理部とを備え、
    　前記第３電極は、前記第１電極との間の距離である第１距離、前記第２電極との間の距離である第２距離、前記第４電極との間の距離である第３距離及び前記第５電極との間の距離である第４距離が前記回転輪の前記静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されており、
    　前記第１距離の時間変化の位相は、前記第２距離の時間変化の位相とずれており、
    　前記第３距離の時間変化の位相は、前記第４距離の時間変化の位相とずれており、
    　前記第１電極及び前記第２電極は、前記転がり軸受の軸方向において、前記保持器を挟んで前記第４電極及び前記第５電極とは反対側に配置されており、
    　前記計測処理部は、前記第１電極及び前記第２電極からの出力の振幅と前記第４電極及び前記第５電極からの出力の振幅との差に基づいて前記転がり軸受に加わるアキシャル荷重を算出するように構成されている、荷重検出機能付軸受装置。
  10. 　第１対向面を有する静止輪と、前記第１対向面に対向する第２対向面を有し、前記静止輪に対して回転する回転輪と、前記第１対向面と前記第２対向面との間に配置された転動体と、前記転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、
    　前記静止輪に対する位置が固定されているとともに、前記転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、
    　前記回転輪の前記静止輪に対する回転に伴って回転するとともに、前記転がり軸受の内部に配置されている第３電極と、
    　前記第１電極及び前記第２電極の表面に形成された絶縁膜とを備え、
    　前記第３電極の表面及び前記絶縁膜の表面の少なくとも一方には、前記第３電極と前記絶縁膜との間に動圧を発生させる複数の動圧溝が形成されており、
    　前記第３電極は、前記第１電極との間の距離である第１距離及び前記第２電極との間の距離である第２距離が前記回転輪の前記静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されており、
    　前記第１距離の時間変化の位相は、前記第２距離の時間変化の位相とずれている、発電機能付軸受装置。
  11. 　前記第３電極は、前記回転輪に対する位置が固定されている、請求項１０に記載の発電機能付軸受装置。
  12. 　前記第３電極は、前記保持器に対する位置が固定されている、請求項１０に記載の発電機能付軸受装置。
  13. 　前記複数の動圧溝には、前記回転輪が前記静止輪に対して第１方向に沿って回転する際に前記第３電極と前記絶縁膜との間に動圧を発生させる第１動圧溝と、前記回転輪が前記静止輪に対して前記第１方向とは逆方向の第２方向に沿って回転する際に前記第３電極と前記絶縁膜との間に動圧を発生させる第２動圧溝とが含まれている、請求項１０～請求項１２のいずれか１項に記載の発電機能付軸受装置。
  14. 　前記転がり軸受の内部に配置されている基材をさらに備え、
    　前記基材の表面上には、前記第３電極が配置されている、請求項１０～請求項１３のいずれか１項に記載の発電機能付軸受装置。
  15. 　前記第３電極の表面と前記基材の表面とは、傾斜面を介して連なっている、請求項１４に記載の発電機能付軸受装置。
  16. 　前記第３電極と前記基材との間に介在されている弾性部材をさらに備え、
    　前記弾性部材は、前記第３電極に対して、前記絶縁膜に向かう方向の付勢力を発生させる、請求項１４又は請求項１５に記載の発電機能付軸受装置。
  17. 　前記第３電極を前記基材に取り付ける弾性ヒンジをさらに備え、
    　前記弾性ヒンジは、前記第３電極に対して、前記絶縁膜に向かう方向の付勢力を発生させる、請求項１４又は請求項１５に記載の発電機能付軸受装置。
  18. 　前記絶縁膜は、樹脂材料により形成されており、
    　前記複数の動圧溝は、前記絶縁膜の表面に形成されている、請求項１０～請求項１７のいずれか１項に記載の発電機能付軸受装置。
  19. 　前記第３電極は、前記回転輪が前記静止輪に対して回転している際に、前記第１電極及び前記第２電極と前記転がり軸受の中心軸に沿う方向において対向可能な位置に配置されている、請求項１０～請求項１８のいずれか１項に記載の発電機能付軸受装置。
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