JP4942665B2 - 保持器にマウントされたセンサを備える軸受 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２００５年２月１日に出願された米国仮出願６０／６４９，２９８号の優先権を主張し、その内容を参照により援用する。

本発明は、全体として転がり軸受に関し、特に、保持器にマウントされ軸受内の一つ以上の状態を監視するセンサを有する転がり軸受に関する。

機械装置の軸又は他の部品が回転するところには、通常、転がり軸受が見出される。この軸受は、固定部品の中又は上を回転する回転可能な機械部品と固定部品との間に小さな転動体を置くことによって、摩擦を最小にする。通常、転動体は、一方で回転可能部品に合わさり、他方で固定部品に合わさることで、内外輪上の軌道に沿って移動する。転動体は、単球、円柱コロ、円すいコロ、又は、いわゆる球面コロの形状をとることがある。

軌道及び転動体は外輪により覆い隠されたままであり、転がり軸受は機械内部深くに位置することが多い。また、封止が転がり軸受の端を閉ざすことが多い。したがって、転がり軸受を検査して軸受内部の状態を判断することは容易ではない。

軸受の分解により明らかとなる状態を別として、軸受が動作している他の状態は目視検査で認識されない。例えば、目視観察により、軸受に加わった荷重あるいは軸受がマウントされた軸又は他の部品を通じて伝達されるトルクを決定することはできない。同様に、軸受が動作している温度そのものが目視観察で明らかになることはない。しかし、温度の上昇は問題の始まりを確かに知らせる。潤滑がないことによる温度上昇は、まず軌道及び他の重要な面に沿って現れる。

転がり軸受の物理状態は、軸受自体の内部から最も良く決定される。軸受が動作している状態についても同じことが言える。しかし、この状態についての情報を引き出すことが困難であることが分かっている。転がり軸受内部は一般にアクセス不能であるだけではなく、軸受内で回転する転動体が、軸受内部を監視するように作られた器具類と干渉する。

本発明は、内外輪と、内外輪上の軌道に沿って転がる転動体とを有する転がり軸受に属する。また、軸受は、内外輪の間に配置された保持器を有し、保持器は内外輪の間でコロと組み合い、軌道に沿ってコロが回転すると内外輪の間で保持器が回転する。保持器は、軸受の動作状態を検出するセンシングユニットを保持し、センシングユニットは動作状態を反映又は示す信号を生成する。また、保持器はセンシングユニットに接続された送信部を保持し、動作状態を反映又は示す信号を無線周波数でブロードキャストする。

送信部及びセンシングユニットを動作させる電力は、保持器に向かい合わせて配置されたパワー送信部コイルから保持器上のパワー受信コイルに誘導的に伝達されてもよい。

図面、特に図１を参照すると、円すいコロ軸受Ａの形状をとる転がり軸受はハウジングＣ内で軸Ｂを支持し、軸ＢがハウジングＣ内で回転すること、或いは、ハウジングＣが軸Ｂの周りを回転することを可能とし、いずれの場合にせよ、軸受Ａの軸線である軸線Ｘの周りを回転することを可能とする。回転の間、軸受Ａは軸受内部の状態を反映又は示す信号を生成する。一般に、状態は過渡的なものであり、軸受Ａの動作中にのみ存在する。

また、状態は軸受Ａ自体の内部から最も良く決定され、場合によっては、軸受内部からのみ得られる。代表的な状態は、荷重、トルク、温度、及び角速度である。

軸受Ａは、コーン２の形状をとり軸Ｂの周りにはまる内輪と、カップ４の形状をとりハウジングＣの内側にはまり込む外輪と、円すいコロ６の形状をとりコーン２とカップ４の間に環状列で配列された転動体とを備えている。また、軸受Ａは、コーン２とカップ４の間に配置された、コロ６とそこで組み合う保持器８を有している。全てが軸線Ｘの周りにオーガナイズされている。保持器８は、コロ６を隔て、コロ６の間に適切な間隔を維持する。さらに、保持器８は、コーン２がカップ４から外されるときに、コロ６をコーン２の周りに保持する。

コーン２はテーパー軌道１２を有し、テーパー軌道１２は外向きに軸線Ｘから離れるように設けられる。コーン２は、２つのリブ：スラストリブ１４と保持リブ１６とを端に有する。スラストリブ１４は、軌道１２の大端に沿って位置するが軌道１２に対して十分開いた角度を向いたリブ面１８を有する。スラストリブ１４のこの反対側に沿って背面２０が位置する。保持リブ１６は軌道１２の小端に沿って位置する。

カップ４はテーパー軌道２２を有し、テーパー軌道２２は内向きにコーン２の軌道１２に向かって設けられる。軌道２２の小端は背面２４まで延びて、軸線Ｘに対して直角に切断されている。カップ４は軌道２２の大端を超えてカップ延長部２６として続いている。カップ延長部２６は内向きに軸線Ｘに向かって開いた環状溝２８を有し、コーン２のスラストリブ１４を全体として取り囲んでいる。

各コロ６は、テーパー状の側面３０と、側面３０の大端においてわずかに球面状の端面３２とを有する。コロ６の側面３０は、コーン２及びカップ４の軌道１２及び２２のそれぞれを圧迫し、これらの接触面において全体として線接触する。一方、端面３２はスラストリブ１４のリブ面１８を圧迫する。実際に、リブ１４はコロ６が軌道１２及び２２を駆け上がりコーン２とカップ４の間の空間から外に出されることを防止する。コロ６は「頂点が一致」している。すなわち、コロ６が軌道１２及び２２並びにリブ面１８に着座するとき、複数のコロ６の側面３０により形成される複数の円すい状のエンベロープはそれぞれの頂点を軸線Ｘ上の共通の一点に有する。

同様に、保持器８はコーン２及びカップ４のそれぞれの軌道１２と２２の間で回転し、円すいコロ６の周りにはまって、コロ６の間に適切な間隔を維持する。保持器８は高分子化合物から成型されるか、そうでなければ、非磁性素材から形成される。図１及び５の両方を参照して、保持器８は、コロ６の大端をまたいで延びる大端リング３４と、コロ６の小端をまたいで延びる小端リング３６と、大端リング及び小端リング３４と３６との間に延びてこれらを接続するブリッジ３８とを備えている。ブリッジ３８は隣接するコロ６の間を通り、これらのコロ６の間に適切な間隔を維持する。端リング３４及び３６と一緒になることで、保持器８の内部に、コロポケット４０を生成する。ポケット４０はコロ６を受容して、保持器８を一組のコロ６と組み合わす。ポケット４０はコロ６よりも僅かに小さい。したがって、保持器８は、コロ６の上に実質的に乗っている。コロ６は、ポケット４０を通ってはみ出てカップ４の軌道２２と接触するが、ポケット４０を完全に通り抜けることはできない。したがって、保持器８は、コーン２及びコロ６がカップ４から外されるときに、コロ６をコーン２の周りに保持する。大端リング３４は、カップ延長部２６の内側で回転する。

図２を参照して、カップ４の延長部２６の環状溝２８は、周方向に延びる巻き線を有するパワー送信コイル５０を収容している。保持器８の環状の大端リング３４は、周方向に延びる巻き線を同様に有するパワー受信コイル５２を収容している。空隙がパワー送信コイル５０の最内側の巻きとパワー受信コイル５２の最外側の巻きの間に在り、この空隙は約０．０２５インチを超えてはならない。パワー送信コイル５０が交流電源に繋げられると、変動磁場を生成し、この変動磁場が保持器８のパワー受信コイル５２を横切る。コイル５２に電気負荷が付けられると、この磁場がパワー受信コイル５２に交流を誘起する。

また、保持器は、整流器５３、センシングユニットＤ、プロセッサ５６、送信部５４、及び送信アンテナ５８を保持する。センシングユニットＤは、軸受Ａの動作状態を検出して、この動作状態を反映又は示す信号を生成する。センシングユニットＤのあるものは交流を必要とし、パワー受信コイル５２から交流を得る。センシングユニットＤの他のものは直流を必要とし、コイル５２に接続された整流器５３から直流を得る。そしてまた、センシングユニットＤのあるものは交流及び直流の両方を必要とする。また、整流器５３は、プロセッサ５６及び無線送信部５４に対して、直流電力を生成する。

センシングユニットＤにより生成された信号はプロセッサ５６に渡り、プロセッサ５６は処理した信号を無線送信部５４に送る。処理済み信号は、無線送信部５４で無線周波数（ＲＦ）信号に変換される。このＲＦ信号が、保持器８の大端リング３４の中に配置された巻き線の形状のデータ送信アンテナ５８からブロードキャストされる。カップ延長部２６内の環状溝２８は、データ送信アンテナ５８に向かい合うとともにこれを取り囲むように配置された巻き線の形状をとるデータ受信アンテナ６０を収容する。保持器８のデータ送信アンテナ５８に同調させることにより、受信アンテナ６０はＲＦ信号を傍受して、この信号を受信部６２に送る。次いで、受信部６２がこの信号を別のプロセッサ６４に送り、この信号が別のプロセッサにて解析される。

図３は軸受Ａの僅かに変形された形態を表している。この形態は、径方向ではなく、空隙をまたいで軸方向に隔てられたパワーコイル５０及び５２並びにアンテナ５８及び６０を有する。この形態では、カップ軌道２２の大端においてカップ延長部２６は円柱状であり、溝２８がない。カップ延長部２６は、パワー送信コイル５０及び受信アンテナ６０を一方が他方の径方向外側に配置されるように収容する端リング７０を受容する。また、端リング７０はコーン２のスラストリブ１４と協同して動的流体バリアをリブ１４に沿って成立させるようにしてもよい。実際に、カップ４が回転してコーン２が静止しているところでは、リング７０はコーン２のスラストリブ１４にはまり合い、カップ延長部２６と動的流体バリアを成立させなければならない。いかなる場合でも、リング７０は、コイル５０及びアンテナ６０の保持体として機能することに加えて、カップ４の延長部２６とコーン２のスラストリブ１４の間の封止として機能してもよい。

また、この変形された形態において、保持器８の大端リング３４は軸方向ではなく径方向に拡大され、パワー受信コイル５２と送信アンテナ５８とを一方が他方を取り囲むように収容する。パワー受信コイル５２はリング７０のパワー送信コイル５０と相対するように配置され、送信アンテナ５８は受信アンテナ６０に相対するように配置されている。

センシングユニットＤが検出を目的とする状態に応じて、センシングユニットＤは種々の形態のいずれかをとることができる。これらの状態には、軸受Ａを通じて伝わる荷重、コーン２又はカップ４のいずれかに加わるトルク、軸受Ａ内部の温度、コーン２又はカップ４の角速度がある。

（荷重監視）
図４を参照して、軸受Ａは、ラジアル及びスラスト荷重の両方を軸ＢとハウジングＣの間で伝達する能力を有する。これらの荷重を表す力は、コーン２及びカップ４を通り、そしてコロ６を同様に通る。純ラジアル荷重は、軸受Ａの軸方向あそびがゼロに設定されていると仮定すると、１８０°円弧の内側のコロ６を通じて伝達される。もし軸受に軸方向あそびがあれば、純ラジアル荷重は、より小さな円弧を占めるコロ６を通じて伝達される。もし軸受Ａがスラスト荷重のみを担うならば、コロ６の全てがコーン２とカップ４の間でスラスト荷重を伝達し、その荷重を等しく共有する。

スラスト荷重は与圧が設定された軸受Ａから得られることもある。通常、軸受Ａは与圧が与えられ、ラジアル荷重をさらに担い、その上、アキシアル荷重もおそらく担うことになる。この結果、全てのコロ６は、常時、コーン２とカップ４の間で荷重を伝達し、あるコロは他のコロよりも多くの荷重を伝達することになる。したがって、コーン２及びカップ４の軌道１２と２２の間でコロ６がそれぞれ転がるとき、コロ６は圧縮状態にある。つまり、コロ６は、軌道１２と２２の間で圧縮されている。いずれのコロ６内の圧縮量もラジアル荷重に対するコロの位置に依存する。

コロ６は、強磁性物質である軸受鋼から構成される。いかなる強磁性素材の透磁率及び導電率も、その合金成分、その熱処理履歴、それが受ける機械的応力に応じて変化する。軸受Ａ内部において、コロ６の合金成分及び熱処理履歴は変化しない。しかし、各コロ６がコーン２とカップ４の間で回転すると、各コロ６内の応力は変化する。センシングユニットＤはこの応力を監視するように構成されていてもよい。

この目的のために、応力を監視するように構成されたセンシングユニットＤは、図５〜８に示すように、パワー受信コイル５２に繋げられコイル５２に誘起された交流を伝導する励起コイル７４を備える。各コロ６に対して別個の励起コイル７４がある。実際に、各コイル７４は、専属となるコロ６を取り囲む。コイル７４は複数巻きを含む。この巻きは、コロ６に対する各ポケット４０の両脇の２つのブリッジ３８に埋め込まれ、端リング３４及び３６のポケット４０の両端の部分にも同様に埋め込まれ、したがって、ポケット４０を完全に取り囲んでいる。励起コイル７４内の交流は交番磁場を生成し、この磁場はコイル７４がその周りに広がるコロ６を通過する。この磁場がコロ６内に渦電流を誘起する。次いで、渦電流がそれ自身の磁場を生成し、この磁場がコイル７４により生成された交番磁場と相互作用する。

いかなるコロ６の透磁率及び導電率も、コロ６を通じて荷重が伝達された結果としてコロ６内に存在する応力によって変動する。この応力はコロ６に加わる荷重に比例する。センシングユニットＤは、励起コイル７４に加えて、各コロ６の検出器を備える。この検出器は、専属となるコロ６内の渦電流、より正確には励起コイル７４により生成される磁場と渦電流との相互作用の結果生じる磁場を検出する。コロ６の検出器は、コロ６に対するポケット４０を取り囲む検出コイル７６（図５及び６）の形態をとってもよく、或いは、ポケット４０のへりに沿って保持器８に設けられたいくつかのプローブ７８（図７）の形態をとってもよい。

検出コイル７６が検出器（図５及び６）として利用される場合、検出コイル７６は、コロ６が中に配置されるポケット４０の両脇のブリッジ３８を通るとともにポケット４０の両端に当たる端リング３４及び３６の領域を通って同様に延びる巻きを有する。コロ６の検出コイル７６の巻きは、このコロ６に対する励起コイル７４の巻きと同様に、保持器８の内部に埋め込まれ、そこでコロ６を取り囲んでいる。検出コイル７６はコロ６の至るところの渦電流を検出するので、検出コイル７６の応答はコロ６の中の平均応力に比例する。この応力は、コロ６を通じて伝達されるラジアル及びアキシアル荷重の両方に由来するが、検出コイル７６の応答は区別がつかない。コイル７６は、比較的わずかなノイズしか出さない。各検出コイル７６は保持器８上にあり、専属となるコロ６に近接しているので、専属となるコロ６内の応力のみを検出し、コーン２及びカップ４の軌道１２と２２に沿った応力を検出しない。

検出コイル７６及び励起コイル７４は、その結合コイルが専属となるコロ６に対するポケット４０の周りで保持器８に埋め込まれる単一コイルに具体化されてもよい。

コロ６の検出器が複数のプローブ７８（図７）の形態をとるとき、プローブ７８はコロ６に対するポケット４０の周りで保持器８に埋め込まれる。したがって、プローブ７８は、ポケット４０の両脇に沿ったブリッジ３８の中及びポケット４０の両端の端リング３４及び３６の中にあることがあり、これが通常である。

プローブ７８は局所渦電流を検出するから、局所応力を検出する。しかし、プローブ７８は、検出器コイル７６と異なり、平均応力を検出しない。磁束プローブ、ホール電圧プローブ、磁気抵抗プローブ、巨大磁気抵抗プローブを含む、渦電流の種々のプローブ型検出器のいずれもが適用できる。いかなるコロ６の周りのプローブ７８も局所応力のみを検出するので、複数のプローブ７８は別々に監視できる。しかし、通常、いかなるコロ６についてであっても、複数のプローブ７８は直列接続されている。

コイル７６がコロ６内の渦電流を検出する働きをするとき、コイル７６は、各組が１８０°離れて保持器８に配置されたコロ６についての検出コイル７６からなる複数の組にまとめられる。一組の検出コイル７６により生成された信号が差し引かれる。この減算は、材料の物性を反映する渦電流応答を打ち消し、荷重を反映する応答のみを残す効果がある。各コロ６内の渦電流が直列接続されたプローブ７８で検出される場所で、１８０°離れて配置されたコロ６に対して同等の位置にあるプローブ７８からの信号が減算される。この減算は、検出コイル７６又は直列接続されたプローブ７８が接続されているプロセッサ５６（図２）で行われる。

励起コイル７４は、検出コイル７６から電気的に分離されている。同様に、検出プローブ７８と共に使用されるとき、励起コイル７４はパワー受信コイル５２と直列に接続される。

（トルク監視）
軸Ｂが荷重の下で回転すると、軸Ｂの内部にねじり応力が成長する。もしコーン２がしまりばめで軸Ｂにはまり合っているならば、ねじり応力は、コーン２の内部でも成長する。これらの応力は非一様という特徴があり、コーン２の導電率及び透磁率の変動、コーン２の軌道１２に存在する変動として現れる。

このような変動及びコーン２に加わるトルクの同様の変動を検出するために、センシングユニットＤは、図９に示すように磁束生成器８４を備え、磁束生成器８４は、保持器８の交互のブリッジ３８に沿って、すなわち、一つおきのブリッジ３８に沿って配置されている。生成器８４は種々の形態をとってもよく、その詳細をここに説明する。

一つの形態において、生成器８４は、これに沿って配置される保持器のブリッジ３８にコイル８６を有し、コイル８６の巻きはブリッジ３８の内外面の上をブリッジの長さ方向に垂直な面となるように通る。

コイル８６はパワー受信コイル５２に繋がれているので、パワー受信コイル５２に誘起された交流は磁束生成器８４のコイル８６を流れる。ブリッジ３８のほぼ全長に延びる強磁性コア８８は、コイル８６が取り囲むブリッジ３８内部に埋め込まれているので、コイル８６はコア８８内に磁束を誘起する。この磁束がコア８８を、正逆の磁極を両端に備える磁石に変換させる。実際に、磁極の極性は、コイル８６に印加される交流のサイクル毎に反転する。コイル８６及びそのコア８８は交番磁束を生成し、交番磁束はコーン２の軌道１２を通過して、コーン２の中に入る。

同様に、別形態の磁束生成器８４は、先に説明したものと基本的に同じであるコイル８６とコア８８とを有する。しかし、コイル８６には直流が流れるので、コア８８の極性は変化しない。コイル８６は、その電気エネルギーを保持器８のパワー受信コイル５２から得る。保持器８はコイル５２に誘起された交流を直流に変換する整流器も有する。

さらに別の形態において、磁束生成器８４は保持器８のブリッジ３８に取り付け又は埋め込まれた単なる永久棒磁石から構成されている。
永久棒磁石はコア８８と共通点があるけれども、永久磁化されている。

トルクを監視するセンシングユニットＤは、磁束生成器８４に加えて、保持器８の残るブリッジ３８に取り付けられた磁束検出器９０を備えている。つまり、一つおきのブリッジ３８が磁束検出器９０を保持している。

各磁束検出器９０は、取り付けられるブリッジ３８の内面に配置され、コーン２の軌道１２の近くに設けられる。磁束検出器９０は軌道１２における磁束の変動を検出可能である。

各検出器９０は、２つの磁束生成器８４の間で対称的に位置し、他の２つの磁束生成器８４の間に位置する検出器９０と差動接続されている。ある意味、検出器９０は、各組が磁束生成器８４で隔てられた複数の組にまとめられている。実際に、各検出器９０は、その一方の側の検出器９０と一つの組を作り、他方の側の検出器９０と別の組を作るという点で、２組のうちの一組を形成する。一組の検出器９０の間で差動接続されているという理由から、トルクが伝達されないときに存在する対称磁束パターンは、検出器の各組の合成出力をゼロとする効果を有する。プロセッサ５６における電気的微調整がこのゼロ化を強化する。

しかし、軸Ｂがトルクを伝達するときに、トルクはコーン２に伝達される。トルクは、コーン２に圧縮及び引っ張り領域を生成し、これらの領域は軌道１２に存在する。この圧縮領域が磁束パターン（図１０Ａ）を歪め、磁束パターンは対称性を失う（図１０Ｂ）。もはや、複数の組の検出器９０から得られた信号はゼロとならない。プロセッサ５６はこれらの信号の大きさを合計して平均値を求める。平均値の大きさはコーン２内部のトルクに比例する。平均値の大きさを表す信号は送信部５４に送られ、送信部５４が送信アンテナ５８を通じて信号をブロードキャストする。受信部６２は受信アンテナ６０を通じて信号を受信する。

検出器９０は、空芯磁束検出器、強磁性磁束検出器、ホール効果検出器、磁気抵抗検出器、及び巨大磁気抵抗検出器の形態をとってもよい。検出器９０が保持器８のブリッジ３８の外面にマウントされているとき、検出器９０はカップ４内のねじり応力を検出する。次いで、検出器９０はハウジングＣ内のねじりを監視することを可能にする。ただし、カップ４がハウジングＣにしまりばめで取り付けられていることを当然の前提としている。

（温度監視）
軸受Ａの温度の上昇は、通常、コーン２及びカップ４のそれぞれの軌道１２及び２２上の潤滑剤が無くなることを意味する。場合によっては、軌道１２及び２２に沿った潤滑剤の過剰な攪拌を避けるために、軸受Ａは最小限の潤滑のみで動作するようにしてもよい。軸受Ａがこのように潤滑されている場合には、潤滑剤の追加が必要となる時を判断するために軸受Ａの温度を常に監視するべきであり、この監視は温度上昇が最初に現れる軌道１２及び２２において行なうべきである。潤滑がさほど特殊でない場合であっても、軸受Ａにおいて温度の上昇し始めを知ることが好ましく、軌道１２及び２２はこの決定をするための最良の位置を与える。

図１１及び１２を参照して、センシングユニットＤは、コーン２及びカップ４の軌道１２及び２２における温度を監視するために使用される温度センサ９６をそれぞれ備えている。温度センサ９６は、ブリッジ３８に沿って保持器８に取り付けられている。コーン軌道１２の温度を監視するために使用されるセンサ９６は、ブリッジ３８の内面に沿って位置し、コーン軌道１２に向かって設けられている。カップ軌道２２の温度を監視するために使用されるセンサ９６は、ブリッジ３８の外側の面に沿って位置し、カップ軌道２２に向かって設けられている。各ブリッジ３８が温度センサ９６を一つだけ保持することが好ましい。また、コーン軌道１２のセンサ９６は、軸方向に交互にずらされ、コーン軌道１２上の異なるトラックにおける温度を確定する。カップ軌道２２を監視するセンサ９６についても同じことが言える。コーン軌道１２の平均温度を出すために、コーン軌道１２に面する各グループのセンサ９６の出力はプロセッサ５６で電子的に平均化される。カップ軌道２２のセンサ９６についても同じことが言える。送信部５４は、２つの平均温度を示す信号を受信部６２に送信し、次いで受信部６２が、更なる処理のために、信号をプロセッサ６４に送る。

（速度監視）
機械装置において、ハウジングＣ内で軸Ｂが回転する速度、あるいはハウジングＣが軸Ｂの周りを回転する速度を監視することが重要である。回転速度計が、軸Ｂ又はハウジングＣの速度を監視するために使用される。軸Ｂ又はハウジングＣの速度は、保持器８がコーン２とカップ４の間で回転する速度に比例する。とにかく、コーン２とカップ４の間で相対回転が生じると、コロ６は、軌道１２及び２２に沿って転がる。保持器８がポケット４０のところでコロ６の相補部（complement）と組み合わさっているので、コロ６は保持器８を共に運んでいく。

速度、すなわち、どちらが回転するにせよコーン２又はカップ４のいずれかの角速度を監視するために、センシングユニットＤは、図１３に示すように、保持器８のブリッジ３８の一つに小端リング３６近くで保持された速度センサ１００を備えている。一方、コーン２又はカップ４は、ある種の不連続を有するターゲット車１０２とはめ合わされている。不連続としては、例えば、歯、窓、又は交互磁極の形態をとることができる。いかなる場合でも、センサ１００は、基本的に各不連続に対応する電気パルスから構成される信号を生成する能力を有する。これらのパルスは送信部５４に渡され、送信部５４がこれらのパルスを受信部６２に送信する。次いで、これらの信号がプロセッサ６４に送られる。プロセッサ６４は、これらのパルスを、角速度を反映又は示す示度に変換する。

速度センサ１００は、可変リラクタンスセンサ、渦電流センサ、ホール効果センサ、磁気抵抗センサ、あるいは巨大磁気抵抗センサの形態をとることがある。

本発明の実施形態の態様は種々の組合せに組み合わされて、本発明の範囲に留まりながら、別の実施形態を生成可能であることを理解されたい。

すでに説明したことから、保持器にマウントされたセンサを備えた軸受が種々の目的及びを求められた効果を達成していることについて示しかつ説明したことは明らかであろう。しかし、発明の主題である「保持器にマウントされたセンサを備える軸受」について多数の変更、修正、変形、他の使用及び用途が可能かつ予測できることは、当業者には明白であろう。本発明の範囲から逸脱することのないあらゆる変更、修正、変形、他の使用及び用途は本発明でカバーされ、本発明は特許請求の範囲のみにより限定される。

本発明に従って構成されるとともに本発明を具体化した、軸の周りかつハウジング内部に軸受が配置された、円すいコロ軸受の形状をとる転がり軸受の縦断面図である。 軸受のカップと保持器の部分断面図であり、さらに電気部品を模式的に示している図である。 変形されたカップと保持器の部分断面図である。 軸受の斜視図であり、ラジアル及びスラスト荷重の結果、軸受を通じて伝達される荷重の分布を図示する図である。 コロ荷重を確定するように作られたセンシングユニットを有する保持器の斜視図である。 コロ内の渦電流を検出するコイルを備えた図５の保持器の模式図である。 コロ内の渦電流を検出するプローブを備えた図５の保持器の模式図である。 コロ荷重を確定するセンシングユニットとはまり合う軸受の横断面図である。 トルクを確定するように作られたセンシングユニットを有する保持器の斜視図である。 ねじり応力が無い場合における磁束分布を示す模式図である。 ねじり応力がある場合における磁束分布を示す模式図である。 軌道の温度を監視するように作られたセンシングユニットを有する保持器の斜視図である。 図１１の保持器とはまり合う軸受の横断面図である。 軸受の角速度を監視するように作られたセンシングユニットを有する保持器の縦断面図である。

Claims (25)

1. 軸線周りの回転に対応する転がり軸受において、
   前記軸線から離れるように設けられた軌道を有する内輪と、
   内向きに前記軸線に向かって、前記内輪の前記軌道に向かうように設けられた軌道と、パワー送信コイルと、アンテナと、を有する外輪と、
   前記内輪と外輪の間に配置され、前記内外輪の前記軌道と接触し、前記内外輪の間に相対回転が生じるときに前記軌道に沿って転がる転動体と、
   前記内輪と外輪の間に配置される保持器と、を備え、
   前記保持器は、前記転動体が前記軌道に沿って転がるときに前記内輪と前記外輪との間で回転可能であり、前記保持器には、前記転動体を受容するポケットと、前記外輪の前記パワー送信コイルと関連して配置され、そこから電力を受信するパワー受信コイルと、前記軸受の状態を検出するセンシングユニットと、前記センシングユニットと連結されて被検出状態を受信する送信部と、が設けられ、
   前記送信部には、前記送信部と連結されて、受信した前記軸受の被検出状態を示す信号を前記外輪のアンテナに送信するアンテナが設けられ、前記センシングユニットと前記送信部のそれぞれが、前記パワー受信コイルと連結されて受信電力の一部を受信する、転がり軸受。
2. 前記センシングユニットが、前記保持器に配置され前記転動体の一つに加わる荷重を検出するコイルを備えることを特徴とする請求項１の転がり軸受。
3. 前記コイルが、前記転動体の一つにおける渦電流の存在を検出し、検出された渦電流に応答して前記転動体に加わる応力を示す出力信号を生成するように構成され、
   前記送信部により送信される前記信号が、前記コイルの前記出力信号への応答であることを特徴とする請求項２の転がり軸受。
4. 前記センシングユニットが、前記ポケットの各々の周りで前記保持器に配置され前記転動体の各々に加わる荷重を検出するコイルを備えることを特徴とする請求項１の転がり軸受。
5. 前記センシングユニットがプローブを備え、このプローブが前記ポケットの各々の周りで前記保持器に配置され、前記転動体の各々に加わる荷重を検出することを特徴とする請求項１の転がり軸受。
6. 前記センシングユニットが、磁束を生成するように構成された磁束生成器と、前記内外輪の一方におけるねじり応力を検出するように構成された磁束検出器とを備えることを特徴とする請求項１の転がり軸受。
7. 前記磁束生成器が、コイルと強磁性コアとを備えることを特徴とする請求項６の転がり軸受。
8. 前記保持器が、前記転動体の間にブリッジを備え、
   前記センシングユニットが、交互のブリッジに配置された磁束生成器と、残りのブリッジに配置された磁束検出器と、を備えることを特徴とする請求項１の転がり軸受。
9. 前記内外輪の一方におけるねじり応力を検出するために前記磁束検出器が互いに差動接続されることを特徴とする請求項８の転がり軸受。
10. 前記センシングユニットが前記内外輪の一方の温度を検出する温度センサを備えることを特徴とする請求項１の転がり軸受。
11. 前記保持器が、前記転動体の間にブリッジを備え、
    前記センシングユニットが、前記ブリッジの各々に一つマウントされ前記内外輪の一方の温度を検出する温度センサを備えることを特徴とする請求項１の転がり軸受。
12. 前記温度センサの各々が、軸方向に交互にずらされ、検出される前記内外輪の種々の領域を検出することを特徴とする請求項１１の転がり軸受。
13. 前記内外輪の少なくとも一つに取り付けられた不連続を有する位置基準をさらに備え、
    前記センシングユニットが、前記保持器にマウントされ前記位置基準に対する前記保持器の速度を検出するように構成された速度センサを備えることを特徴とする請求項１の転がり軸受。
14. 前記パワー受信コイルが前記パワー送信コイルと位置合わせされ、
    前記保持器の前記アンテナが前記外輪の前記アンテナと位置合わせされることを特徴とする請求項１の転がり軸受。
15. 前記送信部が、無線周波数信号を送信することができ、前記外輪のアンテナが、前記無線周波数信号を受信することができる請求項１の転がり軸受。
16. 前記センシングユニットが、前記転動体の一つを通る荷重、前記内外輪の一方におけるねじり応力、前記内外輪の一方の温度、及び前記内外輪の一方の角速度からなる一群から選択された動作状態を検出するように構成されることを特徴とする請求項１の転がり軸受。
17. 前記保持器が、前記パワー受信コイルに連結されるとともに前記保持器上で直流電力を生成する整流器を備え、
    前記センシングユニットと前記送信部のそれぞれが、前記整流器と連結され、生成された直流電力の一部を受信し、
    前記保持器の前記センシングユニットが、前記軸受の動作特性を検出する１つ以上のセンサとプロセッサとを備え、このプロセッサは、前記動作特性が検出されるとそれを受信する前記１つ以上のセンサに連結され、前記受信された動作特性に応じて前記軸受の状態を決定するように構成され、前記状態を前記送信部に提供して前記送信部により送信するために前記送信部に連結されていることを特徴とする請求項１の転がり軸受。
18. 前記センシングユニットが、電磁束を励起するように構成された励起源を備え、
    前記センシングユニットが、前記状態を検出する際に、前記励起された電磁束の変動を受信するように構成されることを特徴とする請求項１７の転がり軸受。
19. 軸線から離れるように設けられた軌道を有する内輪と、内向きに前記軸線に向かって、前記内輪の前記軌道に向かうように設けられた軌道を有する外輪と、前記内輪と外輪の間に配置され、前記内外輪の前記軌道と接触し、前記内外輪の間に相対回転が生じるときに前記軌道に沿って転がる転動体と、を備える、軸線周りの回転に対応する転がり軸受アセンブリにおいて、
    前記内輪と外輪の間に配置され、前記転動体がその中に受容されるポケットと、電力を受信するように構成されたパワー受信コイルと、前記パワー受信コイルと連結され、受信電力の少なくとも一部を受信して前記受信電力から直流電力を生成する整流器と、前記軸受アセンブリの動作特性を検出する１つ以上のセンサを有するセンシングユニットと、前記センシングユニットと連結され、前記動作特性を受信及び処理して前記被検出状態を決定するプロセッサと、被検出状態を示す信号を送信するアンテナを有する送信部と、を有する保持器と、
    前記保持器の一端の周りに周方向に配置され、前記保持器の前記パワー受信コイルに電力を送信するパワー送信コイルと、
    前記保持器の一端の周りに周方向に配置され、前記送信部により送信された前記信号を受信するように構成されたアンテナと、を備え、
    前記保持器は、前記転動体が前記軌道に沿って転がるときに前記内輪と前記外輪との間で回転可能であり、
    前記送信部が前記プロセッサと連結されて前記被検出状態を受信し、前記センシングユニット、前記プロセッサ及び前記送信部のそれぞれが、前記整流器と連結され、生成された直流電力の少なくとも一部を受信する、転がり軸受アセンブリ。
20. 前記センシングユニットが、前記転動体の一つを通る荷重、前記内外輪の一方におけるねじり応力、前記内外輪の一方の温度、及び前記内外輪の一方の角速度からなる一群から選択された動作状態を検出するように構成されることを特徴とする請求項１９の転がり軸受アセンブリ。
21. 軸線から離れるように設けられた軌道を有する内輪と、内向きに前記軸線に向かって、前記内輪の前記軌道に向かうように設けられた軌道を有する外輪と、前記内輪と外輪の間に配置され、前記内外輪の前記軌道と接触し、前記内外輪の間に相対回転が生じるときに前記軌道に沿って転がる転動体と、を備える、軸線周りの回転に対応する転がり軸受アセンブリにおいて、
    前記内輪と外輪の間に配置され、前記転動体がその中に受容されるポケットと、電力を受信するように構成されたパワー受信コイルと、前記転動体の少なくとも一つを通じて伝達される荷重を検出するように構成された荷重センシングユニットと、前記被検出荷重を示す信号を送信するアンテナを有する送信部と、を有する保持器と、
    前記保持器の一端の周りに周方向に配置され、前記保持器の前記パワー受信コイルに電力を送信するパワー送信コイルと、
    前記保持器の一端の周りに周方向に配置され、前記送信部により送信された前記信号を受信するように構成されたアンテナと、を備え、
    前記保持器は、前記転動体が前記軌道に沿って転がるときに前記内輪と前記外輪との間で回転可能であり、
    前記送信部が前記荷重センシングユニットと連結されて前記被検出荷重を受信し、前記荷重センシングユニットと前記送信部のそれぞれが、前記パワー受信コイルと連結されて受信電力の少なくとも一部を受信する、転がり軸受アセンブリ。
22. 軸線から離れるように設けられた軌道を有する内輪と、内向きに前記軸線に向かって、前記内輪の前記軌道に向かうように設けられた軌道を有する外輪と、前記内輪と外輪の間に配置され、前記内外輪の前記軌道と接触し、前記内外輪の間に相対回転が生じるときに前記軌道に沿って転がる転動体と、を備える、軸線周りの回転に対応する転がり軸受アセンブリにおいて、
    前記内輪と外輪の間に配置され、前記転動体がその中に受容されるポケットと、電力を受信するように構成されたパワー受信コイルと、前記内外輪の一方におけるねじり応力を検出するように構成され、前記パワー受信コイルと連結されて受信電力の第１の一部を受信するトルク・センシングユニットと、前記被検出ねじり応力を示す信号を送信するアンテナを有する送信部と、を有する保持器と、
    前記保持器の一端の周りに周方向に配置され、前記保持器の前記パワー受信コイルに電力を送信するパワー送信コイルと、
    前記保持器の一端の周りに周方向に配置され、前記送信部により送信された前記信号を受信するように構成されたアンテナと、を備え、
    前記保持器は、前記転動体が前記軌道に沿って転がるときに前記内輪と前記外輪との間で回転可能であり、
    前記送信部が、前記トルク・センシングユニットと連結されて前記被検出ねじり応力を受けるとともに、前記パワー受信コイルと連結されて受信電力の第２の一部を受信する、転がり軸受アセンブリ。
23. 軸線周りの回転に対応する転がり軸受アセンブリにおいて、
    前記軸線から離れるように設けられた軌道を有する内輪と、
    内向きに前記軸線に向かって、前記内輪の前記軌道に向かうように設けられた軌道を有する外輪と、
    パワー送信コイルと、前記パワー送信コイルから径方向に設置されたアンテナとを有する端リングと、
    前記内輪と外輪の間に配置され、前記内外輪の前記軌道と接触し、前記内外輪の間に相対回転が生じるときに前記軌道に沿って転がる転動体と、
    前記内輪と外輪の間に配置される保持器と、を備え、
    前記保持器は、前記転動体が前記軌道に沿って転がるときに前記内輪と前記外輪との間で回転可能であり、前記保持器には、前記転動体を受容するポケットと、前記保持器の一端の周りに配置され、前記端リングの前記パワー送信コイルと相対し、前記パワー送信コイルから電力を受信するパワー受信コイルと、前記軸受の状態を検出するセンシングユニットと、前記保持器の一端の周りに配置されるとともに前記端リングのアンテナと相対するアンテナを含む送信部と、を有する保持器と、が設けられ、
    前記送信部が前記センシングユニットと連結されて前記センシングユニットから被検出状態を受信し、前記端リングのアンテナに前記軸受の被検出状態を示す信号を送信し、
    前記センシングユニットと前記送信部のそれぞれが、前記パワー受信コイルと連結されて受信電力の少なくとも一部を受信する、転がり軸受アセンブリ。
24. 前記センシングユニットが１つ以上のセンサとプロセッサとを備え、
    前記プロセッサが、センサ信号を受信及び処理する前記１つ以上のセンサと連結し、前記軸受の前記被検出状態を示す信号を提供する前記送信部と連結することを特徴とする請求項２３の転がり軸受アセンブリ。
25. 前記センシングユニットが、前記転動体の一つを通る荷重、前記内外輪の一方におけるねじり応力、前記内外輪の一方の温度、及び前記内外輪の一方の角速度からなる一群から選択された動作状態を検出するように構成されることを特徴とする請求項２３の転がり軸受アセンブリ。

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