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JP7612484B2 - Bearing device, spindle device, and electric vertical take-off and landing aircraft - Google Patents
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JP7612484B2 - Bearing device, spindle device, and electric vertical take-off and landing aircraft - Google Patents

Bearing device, spindle device, and electric vertical take-off and landing aircraft Download PDF

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Description

本開示は、軸受装置、スピンドル装置、および電動垂直離着陸機に関する。 The present disclosure relates to a bearing device, a spindle device, and an electric vertical take-off and landing aircraft.

軸受に発電機を組み合わせて、センサ、無線通信などの電源として使用することが知られている。特開2006-170624号公報(特許文献1)に開示されているワイヤレスセンサ付き軸受は、転がり軸受と、発電機兼用の回転センサと、この回転センサの出力をワイヤレスで送信するワイヤレス送信回路とを含んで構成される。 It is known to combine a bearing with a generator and use it as a power source for sensors, wireless communication, etc. The bearing with a wireless sensor disclosed in JP 2006-170624 A (Patent Document 1) comprises a rolling bearing, a rotation sensor that also functions as a generator, and a wireless transmission circuit that wirelessly transmits the output of the rotation sensor.

回転センサは、磁気エンコーダと、内部にコイルが収容された磁性体リングとで構成され、磁性体リングは発電機の回転センサのステータとして機能する。回転センサは、クローポール型の発電機と兼用される。 The rotation sensor is composed of a magnetic encoder and a magnetic ring with a coil housed inside, and the magnetic ring functions as the stator of the generator's rotation sensor. The rotation sensor is also used with a claw-pole type generator.

コイルを収容している磁性体リングは、外方部材の内径面に嵌合され、磁気エンコーダと対向する。外方部材には車輪用軸受のインボード側の端部を覆うカバーが取り付けられ、カバーの外径面の鍔部から小径部にわたる段差部には、回転センサの出力をワイヤレスで送信する環状のワイヤレス送信手段が設置されている。 The magnetic ring housing the coil is fitted onto the inner diameter surface of the outer member and faces the magnetic encoder. A cover that covers the inboard end of the wheel bearing is attached to the outer member, and an annular wireless transmission means that wirelessly transmits the output of the rotation sensor is installed in the stepped portion extending from the flange portion of the outer diameter surface of the cover to the small diameter portion.

特開2019-7580号公報(特許文献2)に開示されているワイヤレスセンサ付き軸受は、軸受本体と、センサと、発電部品と、無線処理回路と、電源回路と、カバーと、カバーに形成された冷却ファンとを含んで構成される。 The bearing with wireless sensor disclosed in JP 2019-7580 A (Patent Document 2) is composed of a bearing body, a sensor, a power generating component, a wireless processing circuit, a power supply circuit, a cover, and a cooling fan formed on the cover.

特許文献2のワイヤレスセンサ付き軸受では、軸受本体の内輪が回転すると、外輪および内輪の軌道溝から発生する熱と、発電に伴って発電部(コイル)から発生する熱と、使用環境の温度上昇等とにより、軸受の温度が上昇する。特許文献2のワイヤレスセンサ付き軸受では、熱の影響でカバーに装着した無線回路や電源回路等が故障しないように、カバーの外側に放熱フィンが設けられる。 In the wireless sensor bearing of Patent Document 2, when the inner ring of the bearing body rotates, the temperature of the bearing rises due to heat generated from the raceway grooves of the outer and inner rings, heat generated from the power generation unit (coil) as power is generated, and a rise in temperature in the operating environment. In the wireless sensor bearing of Patent Document 2, heat dissipation fins are provided on the outside of the cover to prevent the radio circuit and power supply circuit attached to the cover from breaking down due to the effects of heat.

特開2006-170624号公報JP 2006-170624 A 特開2019-7580号公報JP 2019-7580 A

特許文献1に記載された磁性体リングは、車輪用軸受の外方部材(外輪)の内径面に直接嵌合されているため、発電時に発生する磁性体リングの鉄損等による発熱が直接外方部材に熱伝導し、車輪用軸受の温度が上昇する。特許文献1のワイヤレスセンサ付き軸受では、車輪用軸受の回転による温度上昇を監視するために外方部材に温度センサを配置した場合には、正確に外方部材の温度を測定することは困難である。特許文献1のワイヤレスセンサ付き軸受では、車輪用軸受の加速度を測定する場合、外方部材があるために車輪用軸受の近い位置に加速度センサを配置することは難しい。 The magnetic ring described in Patent Document 1 is fitted directly onto the inner diameter surface of the outer member (outer ring) of the wheel bearing, so heat generated by iron loss in the magnetic ring during power generation is directly transferred to the outer member, causing the temperature of the wheel bearing to rise. In the bearing with wireless sensor of Patent Document 1, if a temperature sensor is placed on the outer member to monitor the temperature rise caused by the rotation of the wheel bearing, it is difficult to accurately measure the temperature of the outer member. In the bearing with wireless sensor of Patent Document 1, when measuring the acceleration of the wheel bearing, it is difficult to place an acceleration sensor close to the wheel bearing because of the presence of the outer member.

特許文献2に記載されたワイヤレスセンサ付き軸受は、外輪の外周に設けた溝に金属板のプレス成形により形成されたカバーが固定され、カバーの内側には、センサを実装した回路基板と第1発電部(ヨークと磁石とコイル)とが実装されている。このため、発電に伴って発生する熱は、回路基板に実装した温度センサおよび軸受に熱伝導してしまう。特許文献2に記載されたワイヤレスセンサ付き軸受は、外輪および内輪の軌道溝から発生する熱のみを温度センサで検出することは難しく、軸受の異常有無を適切に判定することが困難になる。 The bearing with wireless sensor described in Patent Document 2 has a cover formed by press molding of a metal plate fixed to a groove provided on the outer circumference of the outer ring, and a circuit board with a sensor mounted thereon and a first power generation unit (yoke, magnet, and coil) are mounted inside the cover. As a result, heat generated during power generation is conducted to the temperature sensor mounted on the circuit board and to the bearing. With the bearing with wireless sensor described in Patent Document 2, it is difficult for the temperature sensor to detect only the heat generated from the raceway grooves of the outer ring and inner ring, making it difficult to properly determine whether there is an abnormality in the bearing.

特許文献2に記載されたワイヤレスセンサ付き軸受では、カバーの外面に長方形の凹部を形成し、凹部に送信アンテナが配置される構造のため、カバーの形状が複雑になるとともに、組立工数が煩雑になる。特許文献2に記載されたワイヤレスセンサ付き軸受では、カバーとは別に冷却フィンが形成されるため、部品点数が多くなる。 In the bearing with wireless sensor described in Patent Document 2, a rectangular recess is formed on the outer surface of the cover, and a transmitting antenna is placed in the recess, which makes the cover shape complicated and increases the assembly labor. In the bearing with wireless sensor described in Patent Document 2, cooling fins are formed separately from the cover, which increases the number of parts.

本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、軸受の回転に伴う温度上昇を正確に測定することが可能な小型の軸受装置、スピンドル装置、および電動垂直離着陸機を提供することである。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and its purpose is to provide a small bearing device, a spindle device, and an electric vertical take-off and landing aircraft that can accurately measure the temperature rise that accompanies the rotation of the bearing.

本開示は、軸受を備える軸受装置に関する。軸受装置は、外輪と、内輪と、外輪と内輪との間に配置される複数の転動体と、外輪および内輪のうちのいずれか一方に固定される固定部材と、外輪および内輪のうちのいずれか他方に、固定部材に対向するように固定される磁気リングと、固定部材に固定されるとともに、熱伝導率が低く非金属の絶縁体から構成され、径方向に延びる隔壁を有する円筒状の断熱部と、隔壁を挟んで軸受と反対側に固定されるステータと、を備える。磁気リングは、ステータに対向するように配置される。ステータと磁気リングとは発電機を構成する。軸受装置は、隔壁よりも軸受側の空間に固定された回路基板をさらに備える。回路基板は、発電機で生成される電力を整流処理して直流電源を作る電源回路と、軸受の状態を検出する少なくとも1つのセンサと、少なくとも1つのセンサの出力を無線で外部に送信するワイヤレス通信回路と、を含む。 The present disclosure relates to a bearing device including a bearing. The bearing device includes an outer ring, an inner ring, a plurality of rolling elements disposed between the outer ring and the inner ring, a fixed member fixed to one of the outer ring and the inner ring, a magnetic ring fixed to the other of the outer ring and the inner ring so as to face the fixed member, a cylindrical heat insulating part fixed to the fixed member and made of a nonmetallic insulator with low thermal conductivity and having a radially extending partition wall, and a stator fixed to the opposite side of the bearing across the partition wall. The magnetic ring is disposed to face the stator. The stator and the magnetic ring constitute a generator. The bearing device further includes a circuit board fixed in a space on the bearing side of the partition wall. The circuit board includes a power supply circuit that rectifies the power generated by the generator to create a DC power supply, at least one sensor that detects the state of the bearing, and a wireless communication circuit that wirelessly transmits the output of the at least one sensor to the outside.

本開示によれば、軸受の回転に伴う温度上昇を正確に測定することが可能な小型の軸受装置を提供することができる。 This disclosure provides a small bearing device that can accurately measure the temperature rise that occurs with the rotation of the bearing.

実施の形態1の軸受装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a bearing device according to a first embodiment. 発電機の概略構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a generator. 同じ形状の磁性体リング部材を2つ対向配置した状態を示す図である。1 is a diagram showing a state in which two magnetic ring members of the same shape are arranged opposite each other. 2つの磁性体リング部材を嵌合した状態を示す図である。13 is a diagram showing a state in which two magnetic ring members are fitted together. FIG. 実施の形態1の変形例1の軸受装置の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a bearing device according to a first modified example of the first embodiment. 図5のVI-VI断面における断面図である。6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI of FIG. 5. ステータの形状を説明する斜視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating the shape of a stator. 実施の形態1の変形例2の概略構成を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a second modified example of the first embodiment. 図8の主要部の拡大図を示す図である。FIG. 9 is an enlarged view of the main part of FIG. 8 . 軸受装置が搭載される電動垂直離着陸機の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of an electric vertical take-off and landing aircraft on which the bearing device is mounted.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本開示の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されている。 The following describes in detail the embodiments of the present disclosure with reference to the drawings. In the embodiments described below, when numbers, quantities, etc. are mentioned, the scope of the present disclosure is not necessarily limited to those numbers, quantities, etc., unless otherwise specified. The same reference numbers are used for the same parts and equivalent parts, and duplicate descriptions may not be repeated. It is intended from the beginning that the configurations in the embodiments will be used in appropriate combinations.

[実施の形態1]
図1は、実施の形態1の軸受装置の回転軸を含む平面における断面図である。図1に示す軸受装置1として、ワイヤレスセンサ付き軸受を例示する。軸受装置1は、軸受Bと、外環7と、磁気リング8と、ステータ9と、回路基板10とを備える。軸受Bは、外輪2と、内輪3と、転動体4と、保持器5と、シール6とを含む。外環7は、外輪2の内径面に固定される。外環7の内径面には、断熱部11が固定される。
[First embodiment]
Fig. 1 is a cross-sectional view of a plane including a rotating shaft of a bearing device of embodiment 1. As the bearing device 1 shown in Fig. 1, a bearing with a wireless sensor is exemplified. The bearing device 1 includes a bearing B, an outer ring 7, a magnetic ring 8, a stator 9, and a circuit board 10. The bearing B includes an outer ring 2, an inner ring 3, rolling elements 4, a retainer 5, and a seal 6. The outer ring 7 is fixed to the inner diameter surface of the outer ring 2. A heat insulating portion 11 is fixed to the inner diameter surface of the outer ring 7.

断熱部11には、隔壁11aが設けられる。断熱部11には、軸受B側と反軸受側とに2つの空間が形成される。軸受B側の端面11bは、外環7の端面に当接する。磁気リング8は、内輪3の外径面に固定される。ステータ9は、断熱部11の隔壁11aの反軸受側の空間に、磁気リング8と対向するように固定される。ステータ9は、断熱部11を介して外環7に固定されている。なお、軸受装置1では、端面11bを設けずに、軸受B側に空間を設けてもよい。具体的に、軸受装置1では、隔壁11aと兼用した断面L字形状とした断熱部11を外環7に固定し、深さを調節することで軸受B側に空間を設ければよい。 The insulating part 11 is provided with a partition wall 11a. Two spaces are formed in the insulating part 11, one on the bearing B side and the other on the opposite side. The end face 11b on the bearing B side abuts the end face of the outer ring 7. The magnetic ring 8 is fixed to the outer diameter surface of the inner ring 3. The stator 9 is fixed to the space on the opposite side of the partition wall 11a of the insulating part 11 so as to face the magnetic ring 8. The stator 9 is fixed to the outer ring 7 via the insulating part 11. Note that the bearing device 1 may have a space on the bearing B side without providing the end face 11b. Specifically, in the bearing device 1, the insulating part 11, which has an L-shaped cross section and also serves as the partition wall 11a, is fixed to the outer ring 7, and a space is provided on the bearing B side by adjusting the depth.

回路基板10は、軸受Bの外輪2の端面に隣接する外環7の端面に、ねじまたは接着剤等で固定される。回路基板10は、断熱部11の隔壁11aの軸受B側空間に配置される。ステータ9の外側端面には、蓋12が配置される。蓋12は、外環7の内径面に圧入または接着固定される。蓋12は、放熱部12aおよび断熱層12bを有する二層構造に構成される。放熱部12aは、ステータ9と当接する内径側に配置され、熱伝導率が高い金属材料(たとえばアルミニウム、銅、鉄材など)で形成される。断熱層12bは、外径側に配置され、熱伝導率が低い断熱材料(たとえば樹脂などの絶縁材料)で形成されている。なお、蓋12は、全体を樹脂などの絶縁部材(非導電性部材)で製作されてもよい。 The circuit board 10 is fixed to the end face of the outer ring 7 adjacent to the end face of the outer ring 2 of the bearing B by screws, adhesive, or the like. The circuit board 10 is arranged in the bearing B side space of the bulkhead 11a of the heat insulating part 11. A lid 12 is arranged on the outer end face of the stator 9. The lid 12 is press-fitted or adhesively fixed to the inner diameter surface of the outer ring 7. The lid 12 is configured in a two-layer structure having a heat dissipation part 12a and a heat insulating layer 12b. The heat dissipation part 12a is arranged on the inner diameter side that abuts against the stator 9, and is formed of a metal material with high thermal conductivity (e.g., aluminum, copper, iron, etc.). The heat insulating layer 12b is arranged on the outer diameter side, and is formed of a heat insulating material with low thermal conductivity (e.g., insulating material such as resin). The lid 12 may be made entirely of an insulating material (non-conductive material) such as resin.

磁気リング8とステータ9とで発電機Gが構成される。発電機Gは、クローポール発電機である。軸受Bは、たとえば、転動体4を玉とした深溝玉軸受であり、ここでは内輪3を回転輪とし、外輪2を固定輪とした内輪回転タイプを一例として説明する。 The magnetic ring 8 and the stator 9 constitute the generator G. The generator G is a claw pole generator. The bearing B is, for example, a deep groove ball bearing with balls as the rolling elements 4. Here, an inner ring rotating type is described as an example, in which the inner ring 3 is a rotating ring and the outer ring 2 is a fixed ring.

磁気リング8は、芯金8aと多極磁石8bとを含み、内輪(回転輪)3に固定される。多極磁石8bは、たとえば磁性粉とゴムとを混練した磁性材料を芯金8aに加硫接着してから、N極とS極とを周方向に交互に着磁したものである。 The magnetic ring 8 includes a core 8a and a multi-pole magnet 8b, and is fixed to the inner ring (rotating ring) 3. The multi-pole magnet 8b is made by vulcanizing and bonding a magnetic material, for example a mixture of magnetic powder and rubber, to the core 8a, and then magnetizing the N and S poles alternately in the circumferential direction.

ステータ9は、2つの同じ形状の磁性体リング部材13(13-1,13-2)と、ボビン14とコイル15とを含む。ボビン14には、コイル15の巻線が周方向に複数回巻かれている。ここではボビン14を使用する例を示すが、ボビン14を使用しない空芯コイルを使用してステータ9を構成してもよい。 The stator 9 includes two identically shaped magnetic ring members 13 (13-1, 13-2), a bobbin 14, and a coil 15. The coil 15 is wound around the bobbin 14 multiple times in the circumferential direction. Here, an example using the bobbin 14 is shown, but the stator 9 may also be configured using an air-core coil that does not use the bobbin 14.

回路基板10には、発電機Gで生成される交流電力を整流して直流に変える電源回路16と、軸受Bの状態を監視するセンサ17と、センサ17の出力を無線で外部に送信するワイヤレス通信回路20とが実装される。センサ17は、温度センサ18と、加速度センサ19とを含む。温度センサ18は、軸受Bに近い位置に配置できるよう、回路基板10の裏面に実装される。温度センサ18は、外環7の端面に設けた凹部7a(溝または孔)に挿入される。 Mounted on the circuit board 10 are a power supply circuit 16 that rectifies the AC power generated by the generator G and converts it to DC, a sensor 17 that monitors the state of the bearing B, and a wireless communication circuit 20 that wirelessly transmits the output of the sensor 17 to the outside. The sensor 17 includes a temperature sensor 18 and an acceleration sensor 19. The temperature sensor 18 is mounted on the back surface of the circuit board 10 so that it can be positioned close to the bearing B. The temperature sensor 18 is inserted into a recess 7a (groove or hole) provided on the end face of the outer ring 7.

コイル15の巻き始めと巻き終わりの図示しない各端部は、蓋12の側面に設けた溝12cと断熱部11の外周に設けた溝11cとを経由して回路基板10に接続される。内輪3が回転することによって発電機Gから出力される交流電力は、電源回路16で直流に変換される。回路基板10の表面には、樹脂等の保護膜が塗布されてもよい。 The start and end of the coil 15 (not shown) are connected to the circuit board 10 via a groove 12c provided on the side of the lid 12 and a groove 11c provided on the outer periphery of the heat-insulating part 11. The AC power output from the generator G by the rotation of the inner ring 3 is converted to DC by the power supply circuit 16. A protective film such as a resin may be applied to the surface of the circuit board 10.

ワイヤレス通信回路20を実装した回路基板10は、断熱部11と対向して配置される。断熱部11として熱伝導率が低い樹脂などの絶縁体(非導電性材料)を使用し、蓋12の外周面に形成される断熱層12bに絶縁体材料を使用することで、外環7とステータ9との間には、円筒状の絶縁体が形成される。これにより、ワイヤレス通信回路20は、金属などの導電性材料で密閉されない構造となるので、アンテナ部20aを用いて無線通信が可能となる。なお、ワイヤレス通信回路20を別基板(図示なし)として形成し、蓋12とステータ9との間に配置してもよい。この場合、蓋12において、ワイヤレス通信回路20のアンテナ部20aと対向する部分の材料は、絶縁部材にするのが好ましい。 The circuit board 10 on which the wireless communication circuit 20 is mounted is disposed opposite the heat insulating section 11. By using an insulator (non-conductive material) such as a resin with low thermal conductivity as the heat insulating section 11 and using an insulating material for the heat insulating layer 12b formed on the outer peripheral surface of the lid 12, a cylindrical insulator is formed between the outer ring 7 and the stator 9. As a result, the wireless communication circuit 20 is not sealed with a conductive material such as metal, so that wireless communication is possible using the antenna section 20a. The wireless communication circuit 20 may be formed as a separate board (not shown) and disposed between the lid 12 and the stator 9. In this case, it is preferable that the material of the part of the lid 12 that faces the antenna section 20a of the wireless communication circuit 20 is an insulating material.

発電機Gのステータ9は、断熱部11により外環7などの金属部材とは熱的に絶縁される。内輪3に固定された磁気リング8が回転して発電する際に発生するステータ9の鉄損等による発熱は、直接、軸受B側に熱伝導しない。このため、軸受Bの回転に伴う発熱のみを温度センサ18で検出することができる。 The stator 9 of the generator G is thermally insulated from metal components such as the outer ring 7 by the insulating section 11. When the magnetic ring 8 fixed to the inner ring 3 rotates to generate electricity, heat generated by iron loss in the stator 9 is not directly transferred to the bearing B side. Therefore, only the heat generated by the rotation of the bearing B can be detected by the temperature sensor 18.

軸受Bにおいて磁気リング8が固定される側には、シール6が配置されていない。しかしながら、磁気リング8とステータ9を覆う蓋12が設けられ、部品間隙間が狭くなっているため、ラビリンスシール(非接触シール)構造となり、異物等の侵入を防止することができる。 The seal 6 is not arranged on the side of the bearing B where the magnetic ring 8 is fixed. However, a lid 12 is provided to cover the magnetic ring 8 and the stator 9, and the gap between the parts is narrow, resulting in a labyrinth seal (non-contact seal) structure that prevents the intrusion of foreign matter, etc.

蓋12は、熱伝導率が高い放熱部12aと、その外周に熱伝導率が低い断熱層12bとを有する2層構造に形成されている。蓋12には、ステータ9を冷却するための放熱部12aの体積および表面積を大きくするために、磁気リング8の芯金8aの内径側に回り込む折り返し部12dが設けられている。折り返し部12dにより、蓋12のシール性が向上する。 The lid 12 has a two-layer structure with a heat dissipation section 12a with high thermal conductivity and a heat insulating layer 12b with low thermal conductivity on its outer periphery. The lid 12 has a folded portion 12d that wraps around the inner diameter side of the core metal 8a of the magnetic ring 8 to increase the volume and surface area of the heat dissipation section 12a for cooling the stator 9. The folded portion 12d improves the sealing performance of the lid 12.

ステータ9の端面は、放熱部12aと当接しているため、ステータ9によって生じた熱を放熱部12aで効率的に外部に放熱することができる。断熱層12bは、放熱部12aの温度が、外環7に直接伝わらないようにするので、ステータ9によって生じた熱が軸受Bに影響しないようにすることができる。放熱部12aの外側面に図示しない溝を形成して表面積を増やすことによって、放熱性をさらに向上させることができる。 The end face of the stator 9 abuts against the heat dissipation section 12a, so that the heat generated by the stator 9 can be efficiently dissipated to the outside by the heat dissipation section 12a. The insulating layer 12b prevents the temperature of the heat dissipation section 12a from being directly transferred to the outer ring 7, so that the heat generated by the stator 9 does not affect the bearing B. The heat dissipation performance can be further improved by forming grooves (not shown) on the outer surface of the heat dissipation section 12a to increase the surface area.

図2は、発電機Gの概略構成を示す図である。発電機Gは、クローポール型発電機である。磁気ロータは、リング状の多極磁石8bにより構成される。ステータ9は、コイル15とそれを取り囲む磁気ヨークにより構成される。磁気ヨークは、磁性体リング部材13(13-1,13-2)によって構成される。多極磁石8bのN極から出た磁束は、磁極である爪13bから磁気ヨークに入り、コイルの周りを回って隣接する爪13bより多極磁石8bのS極に入る。磁気ロータの回転角度によって多極磁石8bのN極とS極との位置が入れ替わると磁束の向きが逆になる。このようにして発生する交番磁界により、コイル15の両端に交流電圧が発生する。 Figure 2 shows the schematic configuration of generator G. Generator G is a claw-pole type generator. The magnetic rotor is composed of a ring-shaped multi-pole magnet 8b. The stator 9 is composed of a coil 15 and a magnetic yoke surrounding it. The magnetic yoke is composed of magnetic ring members 13 (13-1, 13-2). The magnetic flux emitted from the N pole of the multi-pole magnet 8b enters the magnetic yoke through the claw 13b, which is a magnetic pole, and passes around the coil and enters the S pole of the multi-pole magnet 8b through the adjacent claw 13b. When the positions of the N pole and S pole of the multi-pole magnet 8b are swapped depending on the rotation angle of the magnetic rotor, the direction of the magnetic flux is reversed. The alternating magnetic field generated in this way generates an AC voltage at both ends of the coil 15.

図3および図4を用いて、ステータ9の構造を説明する。図3は、同じ形状の磁性体リング部材13を2つ対向配置した状態を示す図である。実際には、2つの磁性体リング部材13-1,13-2で挟まれる空間にはコイル15を巻いたボビン14が収納されるが、説明を容易にするために、ここではコイル15を巻いたボビン14は省略されている。図4は、2つの磁性体リング部材13を嵌合した状態を示す図である。 The structure of the stator 9 will be explained using Figures 3 and 4. Figure 3 is a diagram showing two magnetic ring members 13 of the same shape arranged opposite each other. In reality, a bobbin 14 with a coil 15 wound around it is stored in the space between the two magnetic ring members 13-1 and 13-2, but to make the explanation easier, the bobbin 14 with the coil 15 wound around it is omitted here. Figure 4 is a diagram showing the two magnetic ring members 13 fitted together.

磁性体リング部材13(13-1,13-2)の内周端には、軸に向けて開口する溝13aと爪13bとが交互に櫛歯状に形成される。磁性体リング部材13(13-1,13-2)の端面13fには、凹部13cと凸部13dが形成される。磁性体リング部材13では、同一形状の2つの磁性体リング部材13-1と磁性体リング部材13-2とを対向させ、爪13bが交互に配置するようにしたときに、一方の磁性体リング部材13-1の凹部13cに対して他方の磁性体リング部材13-2の凸部13dが配置されるように設計されることで凹部13cと凸部13dとが係合する。 Grooves 13a and claws 13b that open toward the shaft are formed alternately in a comb-like shape on the inner peripheral end of the magnetic ring members 13 (13-1, 13-2). Recesses 13c and protrusions 13d are formed on the end faces 13f of the magnetic ring members 13 (13-1, 13-2). The magnetic ring members 13 are designed so that when two identically shaped magnetic ring members 13-1 and 13-2 are opposed to each other and the claws 13b are arranged alternately, the protrusions 13d of the magnetic ring member 13-2 are arranged in relation to the recesses 13c of the magnetic ring member 13-1, so that the recesses 13c and the protrusions 13d engage with each other.

各磁性体リング部材13に設けられた爪13bが交互に配置されるように、各磁性体リング部材13の端面13fに設けた凹部13cと凸部13dとが嵌合される。このようにすれば、各磁性体リング部材13の爪13bと爪13bとの隙間が均一になるように配置することが容易になる。また、凹部13cと凸部13dとが周方向に複数配置されているため、磁性体リング部材13同士が周方向にずれることなく、位置を固定することができる。 The recesses 13c and protrusions 13d on the end faces 13f of each magnetic ring member 13 are fitted together so that the claws 13b on each magnetic ring member 13 are arranged alternately. In this way, it becomes easy to arrange the claws 13b of each magnetic ring member 13 so that the gaps between the claws 13b are uniform. In addition, since multiple recesses 13c and protrusions 13d are arranged in the circumferential direction, the magnetic ring members 13 can be fixed in position without shifting in the circumferential direction.

なお、磁気リング8のN極とS極との着磁極数および磁極ピッチは等しい。また、磁性体リング部材13の側面に設けた穴13eは、コイル15の端部を外部に引き出すために使用される。 The number of magnetized poles and the magnetic pole pitch of the N poles and S poles of the magnetic ring 8 are equal. In addition, the hole 13e on the side of the magnetic ring member 13 is used to pull out the end of the coil 15 to the outside.

図1に示す軸受装置1は、軸受Bに近い位置に回路基板10が固定されている。このため、軸受装置1は、回路基板10に実装した加速度センサ19により、軸受Bが原因で発生する振動による加速度を、当該振動が減衰する前に測定することができる。そして、測定した加速度に基づく異常診断において、減衰の少ない信号を用いて診断ができるため、軸受Bの異常を正確に診断することが可能となる。 The bearing device 1 shown in FIG. 1 has a circuit board 10 fixed in a position close to bearing B. Therefore, the bearing device 1 can use an acceleration sensor 19 mounted on the circuit board 10 to measure the acceleration caused by vibrations generated by bearing B before the vibrations attenuate. Furthermore, in abnormality diagnosis based on the measured acceleration, a signal with little attenuation can be used for diagnosis, making it possible to accurately diagnose abnormalities in bearing B.

軸受装置1は、ステータ9と外環7とが断熱部11により熱的に絶縁されている。このため、軸受装置1は、ステータ9で発生する熱の影響を受けず、回路基板10に実装した温度センサ18により、軸受Bの温度上昇を正確に監視することができる。軸受装置1には、ステータ9の外側端面と当接する部分に熱伝導率に優れ放熱性が良好な放熱部12aを有する蓋12が設けられているため、ステータ9で生じた熱を外部に効果的に放出することができる。軸受装置1の蓋12には、放熱部12aの外周に熱伝導率が低く断熱性に優れる絶縁体からなる断熱層12bが設けられているため、放熱部12aの温度が外環7に直接伝わらないようにし、ステータ9で生じた熱が軸受Bに影響しないようにすることができる。 In the bearing device 1, the stator 9 and the outer ring 7 are thermally insulated by the heat insulating part 11. Therefore, the bearing device 1 is not affected by the heat generated by the stator 9, and the temperature rise of the bearing B can be accurately monitored by the temperature sensor 18 mounted on the circuit board 10. The bearing device 1 is provided with a lid 12 having a heat dissipation part 12a with excellent thermal conductivity and good heat dissipation properties at the part that abuts the outer end face of the stator 9, so that the heat generated by the stator 9 can be effectively dissipated to the outside. The lid 12 of the bearing device 1 is provided with an insulating layer 12b made of an insulator with low thermal conductivity and excellent heat insulation properties on the outer periphery of the heat dissipation part 12a, so that the temperature of the heat dissipation part 12a is not directly transmitted to the outer ring 7, and the heat generated by the stator 9 does not affect the bearing B.

センサ出力をワイヤレスで通信する場合、ワイヤレス通信回路20を実装した回路基板10において、少なくともアンテナ部20aは、軸方向にステータ9と重ならない位置で断熱部11と対向させるのが好ましい。断熱部11、断熱層12bに樹脂などの絶縁体(非導電性材料)を用いることにより、外環7とステータ9との間にリング状の絶縁体の層が形成される。絶縁体の層として電波を通すものを用いることにより、ワイヤレス通信回路20は、金属などの導電性材料で密閉されない構造となり、無線通信が可能になる。 When communicating the sensor output wirelessly, it is preferable that in the circuit board 10 on which the wireless communication circuit 20 is mounted, at least the antenna portion 20a faces the insulating portion 11 at a position that does not overlap with the stator 9 in the axial direction. By using an insulator (non-conductive material) such as resin for the insulating portion 11 and the insulating layer 12b, a ring-shaped insulating layer is formed between the outer ring 7 and the stator 9. By using an insulating layer that transmits radio waves, the wireless communication circuit 20 has a structure that is not sealed with a conductive material such as metal, making wireless communication possible.

たとえば、ワイヤレス通信回路20の通信規格としてBluetooth Low Energy(登録商標)(周波数2.4GHz、波長λ 約125mm)を用いた場合、λ/2以上の絶縁体の隙間があれば、軸受装置1の外部に電波を放射することができる。 For example, if Bluetooth Low Energy (registered trademark) (frequency 2.4 GHz, wavelength λ approximately 125 mm) is used as the communication standard for the wireless communication circuit 20, radio waves can be emitted outside the bearing device 1 if there is a gap in the insulator of λ/2 or more.

軸受装置1では、発電機Gとしてクローポール発電機を例として説明したが、これ以外の発電機を用いても構わない。 In the bearing device 1, a claw pole generator has been described as an example of the generator G, but other generators may also be used.

軸受装置1において、ステータ9と対向する磁気リング8の表面を断熱コーティングすることによって、ステータ9からの放射熱による温度上昇を抑え、内輪3に熱が伝達されることを抑制してもよい。 In the bearing device 1, the surface of the magnetic ring 8 facing the stator 9 can be thermally coated to suppress the temperature rise caused by radiant heat from the stator 9 and to suppress the transfer of heat to the inner ring 3.

軸受装置1は、軸受Bの外輪2を回転部材に固定し、内輪3を静止部材に固定してもよい。軸受装置1は、軸受Bの外輪2の内径面に外環7を固定する代わりに、外輪2の端部を軸方向に伸ばして、外環7を省略した構成としてもよい。 The bearing device 1 may be configured such that the outer ring 2 of the bearing B is fixed to a rotating member and the inner ring 3 is fixed to a stationary member. Instead of fixing the outer ring 7 to the inner diameter surface of the outer ring 2 of the bearing B, the bearing device 1 may be configured such that the end of the outer ring 2 is extended in the axial direction and the outer ring 7 is omitted.

[実施の形態1の変形例1]
図5から図7は、実施形態1の変形例1の軸受装置1Aを説明する図である。図5は、実施の形態1の変形例1の軸受装置1Aの断面図である。図6は、図5のVI-VI断面における断面図である。なお、図を分かり易くするため、ボビン14は二点鎖線で表され、コイル15は省略されている。図7は、ステータ9Aの形状を説明する斜視図である。
[First Modification of First Embodiment]
5 to 7 are diagrams illustrating a bearing device 1A according to a first modified example of the first embodiment. Fig. 5 is a cross-sectional view of the bearing device 1A according to the first modified example of the first embodiment. Fig. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in Fig. 5. In order to make the drawings easier to understand, the bobbin 14 is indicated by a two-dot chain line, and the coil 15 is omitted. Fig. 7 is a perspective view illustrating the shape of the stator 9A.

図5に示す軸受装置1Aにおいては、センサ17を実装した回路基板10を軸受Bに近接して配置できるように、外環7の端面に回路基板10が固定される。固定方法としては、ねじ止めや接着剤等を採用できる。変形例1では、接着剤による固定を採用しているため、小スペースで固定することができる。 In the bearing device 1A shown in FIG. 5, the circuit board 10 on which the sensor 17 is mounted is fixed to the end face of the outer ring 7 so that the circuit board 10 can be placed close to the bearing B. Fixing methods that can be used include screwing and adhesives. In the first modified example, fixing with adhesives is used, so it can be fixed in a small space.

断熱部11Aは、図5に示すように、断面がL字形状である。断熱部11Aは、図6に示すように、周上の一部には回路基板10との干渉を避けるため切欠き部11Adが形成されたC型形状でもある。切欠き部11Adは、図6のCの範囲である。隔壁11Aaは、断熱部11Aの一部であり、外環7の端面に当接すように配置される。図6に示すように、回路基板10は、軸方向から見たときに断熱部11Aの切欠き部11Adの領域内に配置される。 As shown in FIG. 5, the heat insulating section 11A has an L-shaped cross section. As shown in FIG. 6, the heat insulating section 11A also has a C-shape with a notch 11Ad formed on part of its circumference to avoid interference with the circuit board 10. The notch 11Ad is in the range C in FIG. 6. The partition wall 11Aa is part of the heat insulating section 11A and is positioned so as to abut against the end face of the outer ring 7. As shown in FIG. 6, the circuit board 10 is positioned within the area of the notch 11Ad of the heat insulating section 11A when viewed from the axial direction.

図7に示すように、ステータ9Aは、回路基板10と干渉しないように、磁性体リング部材13A(13A-1,13A-2)の一部が削除されている。除去部9A1がある構造であり、ボビン14が露出した状態である。除去部9A1は、図6のRの範囲である。 As shown in FIG. 7, the stator 9A has a portion of the magnetic ring member 13A (13A-1, 13A-2) removed so as not to interfere with the circuit board 10. The structure has a removed portion 9A1, and the bobbin 14 is exposed. The removed portion 9A1 is in the range R in FIG. 6.

図6に示すように、断熱部11Aの切欠き部11Adの範囲Cは、ステータ9Aの除去部9A1の範囲Rよりも小さい。この場合、磁性体リング部材13Aと回路基板10とが直接対向することがないため、磁性体リング部材13Aから回路基板10へ伝達される放射熱を抑制できる。除去部9A1では、ボビン14と回路基板10とが対向する。ボビン14の材料には、樹脂等の熱伝導率が比較的低い絶縁体を用いている。これにより、コイル15で発生した熱が、回路基板10に直接放射されることを抑制できる。 As shown in FIG. 6, the range C of the cutout portion 11Ad of the heat insulating portion 11A is smaller than the range R of the removed portion 9A1 of the stator 9A. In this case, the magnetic ring member 13A and the circuit board 10 do not directly face each other, so the radiant heat transferred from the magnetic ring member 13A to the circuit board 10 can be suppressed. In the removed portion 9A1, the bobbin 14 faces the circuit board 10. The bobbin 14 is made of an insulator with a relatively low thermal conductivity, such as resin. This prevents the heat generated in the coil 15 from being directly radiated to the circuit board 10.

ステータ9Aの外側端面には、蓋12が配置される。蓋12は、外環7の内径面に固定される。蓋12は、放熱部12aおよび断熱層12bを有する二層構造に形成される。放熱部12aにおいては、ステータ9Aの外側端面と当接する部分に配置され、優れた熱伝導率および良好な放熱性を有している。断熱層12bは、放熱部12aの外周に配置されており、熱伝導率が低く、優れた断熱性を有している。ステータ9Aの端面は、放熱部12aと当接しているため、ステータ9Aで生じた熱を放熱部12aによって効率的に外部に放熱することができる。断熱層12bによって、放熱部12aの温度は、外環7に直接伝わらない構成となっているので、ステータ9Aで生じた熱が軸受Bに影響しないようにすることができる。 A lid 12 is placed on the outer end surface of the stator 9A. The lid 12 is fixed to the inner diameter surface of the outer ring 7. The lid 12 is formed in a two-layer structure having a heat dissipation section 12a and a heat insulating layer 12b. The heat dissipation section 12a is placed in the portion that abuts against the outer end surface of the stator 9A and has excellent thermal conductivity and good heat dissipation. The heat insulating layer 12b is placed on the outer periphery of the heat dissipation section 12a and has low thermal conductivity and excellent heat insulation. Since the end surface of the stator 9A abuts against the heat dissipation section 12a, the heat generated in the stator 9A can be efficiently dissipated to the outside by the heat dissipation section 12a. The heat insulating layer 12b is configured so that the temperature of the heat dissipation section 12a is not directly transmitted to the outer ring 7, so that the heat generated in the stator 9A does not affect the bearing B.

軸受装置1Aのような構造であれば、回路基板10に実装したワイヤレス通信回路20と対向する外側の近傍には導電性部材が配置されていないため、外部への電波の放射が可能であり、ワイヤレス通信を実行することが可能となる。実施形態1の変形例1の軸受装置1Aは、ステータ9Aを軸受Bにより近づけた配置ができるため、外環7の軸方向幅を短くすることができ、実施の形態1と同様の効果に加えて、軸受装置1Aの小型化を実現することができる。 With a structure like that of bearing device 1A, no conductive material is arranged near the outside facing the wireless communication circuit 20 mounted on the circuit board 10, making it possible to radiate radio waves to the outside and perform wireless communication. In bearing device 1A of modified example 1 of embodiment 1, the stator 9A can be arranged closer to the bearing B, making it possible to shorten the axial width of the outer ring 7, and thus achieving the same effect as embodiment 1, as well as a smaller size of the bearing device 1A.

[実施の形態1の変形例2]
前述の軸受装置1、1Aは、単列の軸受を用いた構成であった。軸受装置1、1Aは、スピンドル装置などに用いられる複数列の軸受を用いた軸受装置に適用することも可能である。図8および図9は、スピンドル装置50の軸受装置90に本開示の構成を適用した実施形態1の変形例2を説明する図である。図8は、実施の形態1の変形例2の概略構成を示す断面図である。図9は、図8の主要部Sの拡大図を示す図であり、主として軸受装置90が示される。
[Modification 2 of the First Embodiment]
The above-mentioned bearing devices 1 and 1A are configured to use a single row of bearings. The bearing devices 1 and 1A can also be applied to bearing devices using multiple rows of bearings used in spindle devices and the like. Figures 8 and 9 are diagrams for explaining a modified example 2 of the first embodiment in which the configuration of the present disclosure is applied to a bearing device 90 of a spindle device 50. Figure 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the modified example 2 of the first embodiment. Figure 9 is a diagram showing an enlarged view of a main portion S of Figure 8, mainly showing the bearing device 90.

図8に示すスピンドル装置50は、たとえば、工作機械のビルトインモータ方式のスピンドル装置として使用される。この場合、工作機械主軸用のスピンドル装置50で支持されている主軸51の一端側にはモータ52が組み込まれ、他端側には図示しないエンドミル等の切削工具が接続される。 The spindle device 50 shown in FIG. 8 is used, for example, as a built-in motor type spindle device for a machine tool. In this case, a motor 52 is built into one end of a spindle 51 supported by the spindle device 50 for the machine tool spindle, and a cutting tool such as an end mill (not shown) is connected to the other end.

図8、図9を参照して、スピンドル装置50は、軸受53(53a,53b)と、軸受53a,53bに隣接して配置される間座54と、モータ52と、軸受55とを備える。主軸51は、外筒56の内径部に埋設されたハウジング57に設けた複数の軸受53a,53bによって回転自在に支持される。軸受53aは、内輪53iaと、外輪53gaと、転動体Taと、保持器Rtaとを含む。軸受53bは、内輪53ibと、外輪53gbと、転動体Tbと、保持器Rtbとを含む。間座54は、内輪間座54iと、外輪間座54gとを含む。ワイヤレス通信については後述する。ワイヤレス通信を可能にするため、転動体Ta、Tbの材質は、絶縁体であるセラミックとし、保持器Rta、Rtbには樹脂を用いるのが好ましい。 8 and 9, the spindle device 50 includes bearings 53 (53a, 53b), a spacer 54 arranged adjacent to the bearings 53a, 53b, a motor 52, and a bearing 55. The main shaft 51 is rotatably supported by a plurality of bearings 53a, 53b provided in a housing 57 embedded in the inner diameter portion of the outer cylinder 56. The bearing 53a includes an inner ring 53ia, an outer ring 53ga, a rolling element Ta, and a retainer Rta. The bearing 53b includes an inner ring 53ib, an outer ring 53gb, a rolling element Tb, and a retainer Rtb. The spacer 54 includes an inner ring spacer 54i and an outer ring spacer 54g. Wireless communication will be described later. To enable wireless communication, it is preferable that the rolling elements Ta and Tb be made of ceramic, which is an insulator, and that the retainers Rta and Rtb be made of resin.

主軸51には、軸方向に離隔した軸受53aの内輪53iaおよび軸受53bの内輪53ibが締まり嵌め状態(圧入状態)で嵌合されている。内輪53iaと内輪53ibとの間には内輪間座54iが配置され、外輪53gaと内輪53gbとの間には外輪間座54gが配置される。 The inner ring 53ia of the bearing 53a and the inner ring 53ib of the bearing 53b, which are spaced apart in the axial direction, are fitted in an interference fit (press-fit state) to the main shaft 51. An inner ring spacer 54i is disposed between the inner ring 53ia and the inner ring 53ib, and an outer ring spacer 54g is disposed between the outer ring 53ga and the inner ring 53gb.

軸受53a,53bは、後述するように軸方向の力で予圧を付与することが可能な軸受であり、アンギュラ玉軸受、深溝玉軸受、またはテーパころ軸受等を用いることができる。図8、図9に示す軸受装置90には、アンギュラ玉軸受が用いられ、2個の軸受53a,53bが背面組み合わせ(DB組み合わせ)で設置されている。 Bearings 53a and 53b are bearings that can be preloaded with an axial force, as described below, and can be angular ball bearings, deep groove ball bearings, tapered roller bearings, or the like. The bearing device 90 shown in Figures 8 and 9 uses angular ball bearings, and the two bearings 53a and 53b are installed in a back-to-back combination (DB combination).

外輪間座54gは、軸方向に第1外輪間座54g1と第2外輪間座54g2とに2分割される。第1外輪間座54g1と第2外輪間座54g2との間には、発電機Gのステータ9が固定される。内輪間座54iの外周面には、磁気リング8が固定される。図2と同様に、発電機Gは、ステータ9の爪13bと磁気リング8の多極磁石8bとが隙間を開けて対向するように配置される構成である。発電機Gは、クローポール発電機である。ここでは、外輪間座54gを2分割した構造を説明したが、分割しない構造であってもよい。 The outer ring spacer 54g is divided into two in the axial direction, a first outer ring spacer 54g1 and a second outer ring spacer 54g2. The stator 9 of the generator G is fixed between the first outer ring spacer 54g1 and the second outer ring spacer 54g2. The magnetic ring 8 is fixed to the outer peripheral surface of the inner ring spacer 54i. As in FIG. 2, the generator G is configured such that the claws 13b of the stator 9 and the multi-pole magnets 8b of the magnetic ring 8 face each other with a gap between them. The generator G is a claw-pole generator. Here, a structure in which the outer ring spacer 54g is divided into two has been described, but a structure in which it is not divided is also possible.

磁気リング8は、芯金8aと多極磁石8bとを含む。多極磁石8bは、たとえば磁性粉とゴムを混錬した磁性材料を芯金8aに加硫接着してから、N極とS極を交互に着磁したものであり、内輪間座54iに固定される。ステータ9は、2つの同じ形状の磁性体リング部材13(13-1,13-2)と、ボビン14と、コイル15とを含む。ボビン14には、コイル15の巻線が周方向に複数回巻かれている。変形例2ではボビン14を使用する例を示すが、ボビン14を使用しない空芯コイルを使用してもよい。 The magnetic ring 8 includes a core 8a and a multi-pole magnet 8b. The multi-pole magnet 8b is formed by vulcanizing and bonding a magnetic material, for example a mixture of magnetic powder and rubber, to the core 8a, and then magnetizing the N and S poles alternately, and is fixed to the inner ring spacer 54i. The stator 9 includes two identically shaped magnetic ring members 13 (13-1, 13-2), a bobbin 14, and a coil 15. The coil 15 is wound around the bobbin 14 multiple times in the circumferential direction. In the second modified example, an example in which the bobbin 14 is used is shown, but an air-core coil without the bobbin 14 may also be used.

ステータ9と外輪間座54gとの間には、断熱部71(71a、71b)が設けられている。軸受装置90は、鉄損などによるステータ9で生じた熱が、外輪間座54gに直接熱伝導しない構造とされる。軸受装置90においては、ステータ9の一方の側面に接するように熱伝導率の良い円筒状の放熱部72が挿入されている。放熱部72によって、ステータ9で生じた熱を外部に効率よく放熱することができる。ステータ9と放熱部72とは、断面L字状の第1断熱部71aの内径面に配置される。放熱部72と第2外輪間座54g2の側面との間には、第2断熱部71bが配置されている。 A heat insulating section 71 (71a, 71b) is provided between the stator 9 and the outer ring spacer 54g. The bearing device 90 is structured so that heat generated in the stator 9 due to iron loss or the like is not directly thermally conducted to the outer ring spacer 54g. In the bearing device 90, a cylindrical heat dissipation section 72 with good thermal conductivity is inserted so as to contact one side of the stator 9. The heat dissipation section 72 allows the heat generated in the stator 9 to be efficiently dissipated to the outside. The stator 9 and the heat dissipation section 72 are arranged on the inner diameter surface of the first heat insulating section 71a, which has an L-shaped cross section. A second heat insulating section 71b is arranged between the heat dissipation section 72 and the side of the second outer ring spacer 54g2.

外輪間座54gとステータ9とは、断熱部71(71a、71b)により熱的に絶縁された構造である。放熱部72の内径面には、凹凸部72aが形成されている。放熱部72は、凹凸部72aにより表面積が増加することで放熱性が向上する。放熱部72に対しステータ9の反対側に、さらに放熱部が配置されるようにしてもよい。放熱部72には、冷却媒体を通過させることのできる流路(図示せず)を設けてもよい。放熱部72の流路に軸受冷却用エアを流すことによって、軸受装置90の放熱性をより一層向上させることができる。 The outer ring spacer 54g and the stator 9 are thermally insulated by the heat insulating portion 71 (71a, 71b). The inner diameter surface of the heat dissipation portion 72 is formed with an uneven portion 72a. The uneven portion 72a increases the surface area of the heat dissipation portion 72, improving the heat dissipation performance. A further heat dissipation portion may be arranged on the opposite side of the heat dissipation portion 72 from the stator 9. The heat dissipation portion 72 may be provided with a flow path (not shown) through which a cooling medium can pass. By flowing bearing cooling air through the flow path of the heat dissipation portion 72, the heat dissipation performance of the bearing device 90 can be further improved.

第1外輪間座54g1の端面には、溝54g1aが形成される。溝54g1aの内部には、回路基板10が実装される。回路基板10には、発電機Gで生成される交流電力を整流して直流に変える電源回路16と、軸受装置90の状態を監視するセンサ17と、センサ17の出力を無線で外部に送信するワイヤレス通信回路20とが実装されている。コイル15の端部15aと端部15bとは、第1断熱部71aの孔71a1、および第1外輪間座54g1の孔54g1bを通して回路基板10に接続される。なお、孔71a1、孔54g1bは、配線後にシール材を用いて密封し、回路基板10側にオイル等が侵入するのを防止するのが好ましい。 A groove 54g1a is formed on the end face of the first outer ring spacer 54g1. The circuit board 10 is mounted inside the groove 54g1a. The circuit board 10 is mounted with a power supply circuit 16 that rectifies the AC power generated by the generator G and converts it to DC, a sensor 17 that monitors the state of the bearing device 90, and a wireless communication circuit 20 that wirelessly transmits the output of the sensor 17 to the outside. The ends 15a and 15b of the coil 15 are connected to the circuit board 10 through the hole 71a1 of the first heat insulating part 71a and the hole 54g1b of the first outer ring spacer 54g1. It is preferable to seal the holes 71a1 and 54g1b with a sealant after wiring to prevent oil and the like from entering the circuit board 10 side.

主軸51が回転することによって電機Gから出力される交流電力は、電源回路16で直流に変換される。回路基板10を保護する保護部材としての蓋73は、樹脂等の非金属(非導電性部材)の絶縁体で形成され、溝54g1aに固定される。なお、軸受装置90は、蓋73の代わりに、回路基板10を含めて溝54g1a内を樹脂モールド材料で密封してもよい。 The AC power output from the electric machine G by the rotation of the main shaft 51 is converted to DC by the power supply circuit 16. The cover 73, which serves as a protective member for protecting the circuit board 10, is made of a nonmetallic (nonconductive) insulator such as resin and is fixed to the groove 54g1a. Note that the bearing device 90 may be configured such that the inside of the groove 54g1a, including the circuit board 10, is sealed with a resin molding material instead of the cover 73.

センサ17として、温度センサ18、加速度センサ19、荷重センサ21などが必要に応じて実装される。各センサ出力は、ワイヤレス通信回路20を用いて、ワイヤレスで外部に送信される。 Sensors 17, such as a temperature sensor 18, an acceleration sensor 19, and a load sensor 21, are implemented as necessary. The output of each sensor is wirelessly transmitted to the outside using a wireless communication circuit 20.

単列の転がり軸受55は、円筒ころ軸受である。アンギュラ玉軸受である軸受53a,53bは、スピンドル装置50に作用するラジアル方向の荷重およびアキシアル方向の荷重を支持する。円筒ころ軸受である単列の軸受55は、工作機械主軸用のスピンドル装置50に作用するラジアル方向の荷重を支持する。 The single-row rolling bearing 55 is a cylindrical roller bearing. The angular ball bearings 53a and 53b support the radial and axial loads acting on the spindle device 50. The single-row cylindrical roller bearing 55 supports the radial load acting on the spindle device 50 for the machine tool main shaft.

ハウジング57には、冷却媒体流路GVが形成される。冷却媒体流路GVに冷却媒体を流すことにより、軸受53a,53bを冷却することができる。軸受53a,53bとしてグリース潤滑の軸受を用いた場合には、潤滑油供給路は不要であるが、エアーオイル等の潤滑が必要な場合には、外輪間座54gに潤滑油供給路が設けられる。なお、ここでは潤滑油供給路は図示しない。 A cooling medium flow path GV is formed in the housing 57. The bearings 53a, 53b can be cooled by flowing a cooling medium through the cooling medium flow path GV. If grease-lubricated bearings are used as the bearings 53a, 53b, no lubricating oil supply path is required, but if lubrication with air oil or the like is required, a lubricating oil supply path is provided in the outer ring spacer 54g. Note that the lubricating oil supply path is not shown here.

組立時には、初めに主軸51に対して前蓋60、軸受53a、間座54、軸受53b、間座58が順に挿入され、ナット59を締めることによって初期予圧が与えられる。その後、図9における軸受53bの外輪53gbの右側がハウジング57に設けた段差部57aに当たるまで、軸受53a,53bが取り付けられた主軸51がハウジング57に挿入される。最後に、前蓋60によって、左側の軸受53aの外輪53gaを押すことで主軸51がハウジング57に固定される。 During assembly, first the front cover 60, bearing 53a, spacer 54, bearing 53b, and spacer 58 are inserted into the main shaft 51 in that order, and an initial preload is applied by tightening the nut 59. After that, the main shaft 51 with the bearings 53a and 53b attached is inserted into the housing 57 until the right side of the outer ring 53gb of the bearing 53b in FIG. 9 hits the stepped portion 57a provided on the housing 57. Finally, the front cover 60 presses the outer ring 53ga of the left bearing 53a, fixing the main shaft 51 to the housing 57.

ナット59を締め付けることにより間座58を介して軸受53bの内輪53ibの端面に力が作用し、内輪53ibが内輪間座54iに向けて押圧される。この力は、内輪53ib、転動体Tb、外輪53gbと伝わり、内輪53ibおよび外輪53gbの軌道面と転動体Tbとの間に予圧を与えるとともに、外輪53gbから外輪間座54gにも伝わる。 By tightening the nut 59, a force acts on the end face of the inner ring 53ib of the bearing 53b via the spacer 58, pressing the inner ring 53ib towards the inner ring spacer 54i. This force is transmitted through the inner ring 53ib, the rolling element Tb, and the outer ring 53gb, applying a preload between the raceway surfaces of the inner ring 53ib and the outer ring 53gb and the rolling element Tb, and is also transmitted from the outer ring 53gb to the outer ring spacer 54g.

この力は、軸受53aにおいて、外輪53ga、転動体Ta、内輪53iaへと伝わり、左側の軸受5aの内輪53iaおよび外輪53gaの軌道面と転動体Taとの間にも予圧を与える。軸受53a,53bに付与される予圧は、たとえば外輪間座54gの幅と、内輪間座54iの幅との寸法差によって制限される移動量によって定まる。 This force is transmitted to the outer ring 53ga, rolling element Ta, and inner ring 53ia in the bearing 53a, and also applies preload between the raceway surfaces of the inner ring 53ia and outer ring 53ga of the left bearing 5a and the rolling element Ta. The preload applied to the bearings 53a and 53b is determined by the amount of movement limited by the dimensional difference between the width of the outer ring spacer 54g and the width of the inner ring spacer 54i, for example.

図8に示す単列の軸受55において、内輪55aは、主軸51の外周に嵌合した筒状部材61と内輪押さえ62とにより軸方向に位置決めされている。内輪押さえ62は、主軸51に螺着したナット63により抜け止めされている。軸受55の外輪55bは、端部材64に固定された位置決め部材65と位置決め部材66とに挟まれている。内輪55aは、主軸51の伸縮に応じて一体的に端部材64に対して摺動するようになっている。 In the single-row bearing 55 shown in FIG. 8, the inner ring 55a is positioned in the axial direction by a cylindrical member 61 fitted onto the outer periphery of the main shaft 51 and an inner ring retainer 62. The inner ring retainer 62 is prevented from coming off by a nut 63 screwed onto the main shaft 51. The outer ring 55b of the bearing 55 is sandwiched between a positioning member 65 and a positioning member 66 fixed to an end member 64. The inner ring 55a slides integrally against the end member 64 in response to the expansion and contraction of the main shaft 51.

主軸51と外筒56との間に形成される空間部67における軸受53bと単列の軸受55とで挟まれた軸方向の中間位置には、主軸51を駆動するモータ52が配置されている。モータ52のロータ68は、主軸51の外周に嵌合した筒状部材61に固定され、モータ52のステータ69は、外筒56の内周部に固定されている。なお、モータ52を冷却するための冷却媒体流路は、ここでは図示しない。 The motor 52 that drives the main shaft 51 is disposed at an axially intermediate position between the bearing 53b and the single-row bearing 55 in the space 67 formed between the main shaft 51 and the outer cylinder 56. The rotor 68 of the motor 52 is fixed to a cylindrical member 61 that is fitted to the outer periphery of the main shaft 51, and the stator 69 of the motor 52 is fixed to the inner periphery of the outer cylinder 56. Note that the cooling medium flow path for cooling the motor 52 is not shown here.

いままで説明したように、外輪間座54gには、発電機G、電源回路16、センサ17、ワイヤレス通信回路20などが実装された回路基板10が配置される。軸受装置90は、発電した電力を用いて、センサ17の出力を無線で外部に送信することができるため、スピンドル装置50の運転状況を監視することができる。軸受装置90は、各センサ出力から異常有無を回路基板10内で判定し、判定結果をワイヤレスで送信してもよい。 As explained above, the circuit board 10 on which the generator G, power supply circuit 16, sensor 17, wireless communication circuit 20, etc. are mounted is placed on the outer ring spacer 54g. The bearing device 90 can wirelessly transmit the output of the sensor 17 to the outside using the generated power, so that the operating status of the spindle device 50 can be monitored. The bearing device 90 may determine the presence or absence of anomalies from the output of each sensor within the circuit board 10 and transmit the determination results wirelessly.

ワイヤレス通信回路20から発信される電波が、軸受53aの外輪53gaと内輪53iaとの隙間を通過できるようにするために、少なくとも軸受53の転動体Taの材質は、絶縁体であるセラミックとし、保持器Rtaに絶縁体である樹脂を用いるのが好ましい。電波は、その後、主軸51と前蓋60とで形成されるラビリンスシールの隙間70を通過して外部に放出される。なお、ラビリンスシールの構造を簡素化し、隙間70を大きくする方が、電波環境として好ましい。電波に指向性がある場合には、主軸の下方に図示しないワイヤレス送受信器、または中継器を設けるとよい。 In order to allow the radio waves emitted from the wireless communication circuit 20 to pass through the gap between the outer ring 53ga and the inner ring 53ia of the bearing 53a, it is preferable that at least the rolling element Ta of the bearing 53 is made of ceramic, which is an insulator, and that the retainer Rta is made of resin, which is an insulator. The radio waves are then released to the outside through the gap 70 in the labyrinth seal formed by the main shaft 51 and the front cover 60. Note that simplifying the structure of the labyrinth seal and enlarging the gap 70 is preferable for the radio wave environment. If the radio waves are directional, it is recommended to provide a wireless transmitter/receiver or repeater (not shown) below the main shaft.

スピンドル装置50に実装した発電機Gのステータ9は、断熱部71により外輪間座54gとは熱的に絶縁されている。このため、軸受装置90においては、スピンドル装置50の運転中にステータ9の鉄損等によって生じる熱が外輪間座54gに伝導することが抑制され、軸受53の回転に伴う温度上昇を正確に測定することができる。これにより、軸受53の異常をより正確に検出できる。軸受装置90は、外輪間座54gから配線が引き出されないので、ハウジング57の内径側に配線引き出し用の溝を加工する必要はなく、組立性が向上する。 The stator 9 of the generator G mounted on the spindle device 50 is thermally insulated from the outer ring spacer 54g by the heat insulating section 71. Therefore, in the bearing device 90, the heat generated by iron loss in the stator 9 during operation of the spindle device 50 is prevented from being conducted to the outer ring spacer 54g, and the temperature rise caused by the rotation of the bearing 53 can be accurately measured. This allows for more accurate detection of abnormalities in the bearing 53. Since the bearing device 90 does not have wiring drawn out from the outer ring spacer 54g, there is no need to machine grooves for drawing out wiring on the inner diameter side of the housing 57, improving assembly.

[電動垂直離着陸機の構成]
近年では、自動車に代わる移動手段として飛行可能な自動車、いわゆる空飛ぶクルマが注目されている。空飛ぶクルマは、地域内移動、地域間移動、観光・レジャー、救急医療、災害救助など、様々な場面での活用を期待されている。
[Configuration of electric vertical take-off and landing aircraft]
In recent years, flying cars, or cars that can fly, have been attracting attention as an alternative means of transportation to cars. Flying cars are expected to be used in a variety of situations, including local and inter-regional travel, tourism and leisure, emergency medical care, and disaster relief.

空飛ぶクルマとして、垂直離着陸機(VTOL;Vertical Take-Off and Landing aircraft)が注目されている。垂直離着陸機は、空と離発着場とを垂直に昇降できることから、滑走路を必要とせず、利便性に優れる。特に、近年ではCO2の削減に向けた社会的要請などから、バッテリとモータとで飛行するタイプの電動垂直離着陸機(eVTOL)が開発の主流となっている。 Vertical take-off and landing aircraft (VTOL) have been attracting attention as flying cars. Vertical take-off and landing aircraft can ascend and descend vertically between the sky and the take-off and landing site, so they do not require runways and are highly convenient. In particular, in recent years, due to social demands for reducing CO2 emissions, electric vertical take-off and landing aircraft (eVTOL), which fly using batteries and motors, have become the mainstream of development.

上記実施形態の軸受装置は、このような電動垂直離着陸機に搭載されてもよい。実施形態1における軸受装置1が搭載された電動垂直離着陸機の構成を例に挙げて、図10を用いて説明する。 The bearing device of the above embodiment may be mounted on such an electric vertical take-off and landing aircraft. The configuration of an electric vertical take-off and landing aircraft equipped with the bearing device 1 of embodiment 1 will be described as an example with reference to FIG. 10.

図10に示されるように、電動垂直離着陸機101は、機体中央に位置する本体部102と、前後左右に配置された4つの駆動部103とを有するマルチコプターである。駆動部103は、電動垂直離着陸機101の揚力および推進力を発生させる装置である。駆動部103の駆動によって電動垂直離着陸機101が飛行する。電動垂直離着陸機101において駆動部103は複数あればよく、4つに限定されない。 As shown in FIG. 10, the electric vertical take-off and landing aircraft 101 is a multicopter having a main body 102 located in the center of the aircraft, and four drive units 103 arranged in the front, back, left and right directions. The drive units 103 are devices that generate lift and thrust for the electric vertical take-off and landing aircraft 101. The electric vertical take-off and landing aircraft 101 flies due to the driving of the drive units 103. The electric vertical take-off and landing aircraft 101 may have multiple drive units 103, and is not limited to four.

本体部102は乗員(たとえば1~2名程度)が搭乗可能な居住空間を有している。この居住空間には、進行方向や高度などを決めるための操作系や、高度、速度、飛行位置などを示す計器類などが設けられている。本体部102からは4本のアーム102aがそれぞれ延び、各アーム102aの先端に駆動部103が設けられている。アーム102aには、回転翼104を保護するため、回転翼104の回転周囲を覆う円環部が一体に設けられている。また、本体部102の下部には、着陸時に機体を支えるスキッド102bが設けられている。 The main body 102 has a living space that can accommodate a crew member (for example, one or two people). This living space is equipped with an operating system for determining the direction of travel and altitude, and instruments that indicate altitude, speed, flight position, etc. Four arms 102a extend from the main body 102, and a drive unit 103 is provided at the tip of each arm 102a. A ring portion that covers the rotating periphery of the rotor 104 to protect the rotor 104 is integrally provided on the arm 102a. In addition, a skid 102b that supports the aircraft when it lands is provided at the bottom of the main body 102.

駆動部103は、上下1対の回転翼104と、該回転翼104を回転させるモータ装置105とを有している。駆動部103において、上下1対の回転翼104はモータ装置105を挟んで軸方向両側に設けられている。上下1対の回転翼104の各々は、径方向外側へ延びる2枚の羽根を有している。 The drive unit 103 has a pair of upper and lower rotors 104 and a motor device 105 that rotates the rotors 104. In the drive unit 103, the pair of upper and lower rotors 104 are provided on both axial sides of the motor device 105. Each of the pair of upper and lower rotors 104 has two blades that extend radially outward.

本体部102には、バッテリ(図示省略)および制御装置(図示省略)が設けられている。制御装置はフライトコントローラとも呼ばれる。電動垂直離着陸機101の制御は、制御装置によって、たとえば以下のように実施される。制御装置が、現姿勢と目標姿勢との差から揚力を調整すべきモータ装置105に回転数変更の指令を出力する。その指令に基づいて、モータ装置105に備えられたアンプがバッテリからモータ装置105へ送る電力量を調整し、モータ装置105(および回転翼104)の回転数が変更される。また、モータ装置105の回転数の調整は、複数のモータ装置105に対して、同時に実施され、それによって機体の姿勢が決まる。 The main body 102 is provided with a battery (not shown) and a control device (not shown). The control device is also called a flight controller. The electric vertical take-off and landing aircraft 101 is controlled by the control device, for example, as follows. The control device outputs a command to change the rotation speed to the motor device 105, which should adjust the lift based on the difference between the current attitude and the target attitude. Based on the command, an amplifier provided in the motor device 105 adjusts the amount of power sent from the battery to the motor device 105, and the rotation speed of the motor device 105 (and the rotor 104) is changed. Furthermore, the adjustment of the rotation speed of the motor device 105 is performed simultaneously for multiple motor devices 105, and the attitude of the aircraft is determined thereby.

モータ装置105に対して実施の形態1の変形例2の軸受装置90を用いる場合、主軸51を回転軸として適用し、回転軸の一端側に上述の上側回転翼が取り付けられ、他端側にモータ装置105のロータ68が取り付けられるようにすればよい。ロータ68は、筒状部材61に固定されたステータ69に対向配置され、該ステータ69に対して回転可能になる。なお、モータ装置105には、アウターロータ型のブラシレスモータまたはインナーロータ型のブラシレスモータの構成を採用することができる。 When the bearing device 90 of the second modified example of the first embodiment is used for the motor device 105, the main shaft 51 is used as a rotating shaft, the above-mentioned upper rotor is attached to one end of the rotating shaft, and the rotor 68 of the motor device 105 is attached to the other end. The rotor 68 is disposed opposite the stator 69 fixed to the cylindrical member 61, and is rotatable relative to the stator 69. The motor device 105 can be configured as an outer rotor type brushless motor or an inner rotor type brushless motor.

モータ装置105は、外筒56と、ハウジング57と、ロータ68と、ステータ69と、アンプ(図示省略)と、2個の軸受53a、53bとを有している。外筒56とハウジング57と間には冷却媒体流路が設けられている。この流路に冷却媒体を流すことにより、過度の温度上昇が防止される。外筒56およびハウジング57の材質は特に限定されず、たとえば鉄系材料、CFRP(炭素繊維強化プラスチック)などであってもよい。 The motor device 105 has an outer cylinder 56, a housing 57, a rotor 68, a stator 69, an amplifier (not shown), and two bearings 53a, 53b. A cooling medium flow path is provided between the outer cylinder 56 and the housing 57. By flowing a cooling medium through this flow path, excessive temperature rise is prevented. The material of the outer cylinder 56 and the housing 57 is not particularly limited, and may be, for example, an iron-based material or CFRP (carbon fiber reinforced plastic).

また、モータ装置105を軸受装置90に用いる場合、軸受装置90は、外筒56内で回転軸を回転自在に支持している。軸受装置90は、鉄損などによるステータ9の発熱が直接、外輪間座54gに熱伝導しない構造とされる。第1外輪間座54g1の端面には、溝54g1aが形成される。溝54g1aの内部には、回路基板10が実装される。回路基板10には、発電機Gで生成される交流電力を整流して直流に変える電源回路16と、軸受装置90の状態を監視するセンサ17と、センサ17の出力を無線で外部に送信するワイヤレス通信回路20とが実装される。 When the motor device 105 is used in the bearing device 90, the bearing device 90 rotatably supports the rotating shaft within the outer cylinder 56. The bearing device 90 is structured so that heat generated by the stator 9 due to iron loss or the like is not directly transferred to the outer ring spacer 54g. A groove 54g1a is formed on the end face of the first outer ring spacer 54g1. A circuit board 10 is mounted inside the groove 54g1a. On the circuit board 10, a power supply circuit 16 that rectifies the AC power generated by the generator G and converts it to DC, a sensor 17 that monitors the state of the bearing device 90, and a wireless communication circuit 20 that wirelessly transmits the output of the sensor 17 to the outside are mounted.

なお、駆動部における軸受構成は、他の構成であってもよい。図10では、モータ装置105の回転軸と回転翼104の回転軸とが同一の回転軸であるが、モータ装置105の回転軸と回転翼104の回転軸とが伝達機構を介して接続された構成であってもよい。この場合、駆動部における回転軸を支持する軸受装置は、モータ装置105の回転軸を支持する軸受装置でもよく、回転翼の回転軸を支持する軸受装置でもよい。 The bearing configuration in the drive unit may be other. In FIG. 10, the rotating shaft of the motor device 105 and the rotating shaft of the rotor 104 are the same rotating shaft, but the rotating shaft of the motor device 105 and the rotating shaft of the rotor 104 may be connected via a transmission mechanism. In this case, the bearing device that supports the rotating shaft in the drive unit may be the bearing device that supports the rotating shaft of the motor device 105, or may be the bearing device that supports the rotating shaft of the rotor.

(まとめ)
本開示は、軸受を備える軸受装置1に関する。軸受装置1は、外輪2と、内輪3と、外輪2と内輪3との間に配置される複数の転動体4と、外輪2および内輪3のうちのいずれか一方に固定される外環7と、外輪2および内輪3のうちのいずれか他方に、外環7に対向するように固定される磁気リング8と、外環7に固定されるとともに、熱伝導率が低く非金属の絶縁体から構成され、径方向に延びる隔壁11aを有する円筒状の断熱部11と、隔壁11aを挟んで軸受Bと反対側に固定されるステータ9と、を備える。磁気リング8は、ステータ9に対向するように配置され、ステータ9と磁気リング8とは発電機Gを構成する。軸受装置1は、隔壁11aよりも軸受B側の空間に固定された回路基板10をさらに備える。回路基板10は、発電機Gで生成される電力を整流処理して直流電源を作る電源回路16と、軸受Bの状態を検出する少なくとも1つのセンサ17と、少なくとも1つのセンサ17の出力を無線で外部に送信するワイヤレス通信回路20と、を含む。
(summary)
The present disclosure relates to a bearing device 1 including a bearing. The bearing device 1 includes an outer ring 2, an inner ring 3, a plurality of rolling elements 4 arranged between the outer ring 2 and the inner ring 3, an outer ring 7 fixed to one of the outer ring 2 and the inner ring 3, a magnetic ring 8 fixed to the other of the outer ring 2 and the inner ring 3 so as to face the outer ring 7, a cylindrical heat insulating part 11 fixed to the outer ring 7 and made of a nonmetallic insulator with low thermal conductivity and having a partition wall 11a extending in the radial direction, and a stator 9 fixed on the opposite side of the bearing B across the partition wall 11a. The magnetic ring 8 is arranged to face the stator 9, and the stator 9 and the magnetic ring 8 constitute a generator G. The bearing device 1 further includes a circuit board 10 fixed in a space on the bearing B side relative to the partition wall 11a. The circuit board 10 includes a power supply circuit 16 that rectifies the power generated by the generator G to create a DC power supply, at least one sensor 17 that detects the condition of the bearing B, and a wireless communication circuit 20 that wirelessly transmits the output of the at least one sensor 17 to the outside.

このような構成を備えることによって、発電機Gのステータ9と軸受Bとは、断熱部11により熱的に絶縁されるため、ステータ9の鉄損による発熱の軸受B、外環7への熱伝導を低減することができる。これにより、軸受B近傍にセンサ17として温度センサ18を配置することで軸受Bの回転に伴う温度上昇のみを正確に検出することができる。軸受B近傍にセンサ17として加速度センサ19を配置することで軸受Bが原因で発生する振動による加速度を、当該振動が減衰する前に測定することができる。軸受装置1は、構造が簡易であるため小型化することができる。 By providing such a configuration, the stator 9 and bearing B of the generator G are thermally insulated by the insulating section 11, so that the heat transfer of heat due to iron loss in the stator 9 to the bearing B and outer ring 7 can be reduced. As a result, by arranging a temperature sensor 18 as a sensor 17 near the bearing B, it is possible to accurately detect only the temperature rise caused by the rotation of the bearing B. By arranging an acceleration sensor 19 as a sensor 17 near the bearing B, it is possible to measure the acceleration due to vibrations caused by the bearing B before the vibrations attenuate. The bearing device 1 has a simple structure and can be made compact.

好ましくは、ステータ9に当接されるように配置され、熱伝導率が高い材料からなる放熱部12aと、放熱部12aの外周面に配置され、熱伝導率の低い断熱部材からなる断熱層12bと、をさらに備える。断熱層12bは、外環7と当接する。 Preferably, the rotor further includes a heat dissipation section 12a that is arranged to abut against the stator 9 and is made of a material with high thermal conductivity, and a heat insulating layer 12b that is arranged on the outer peripheral surface of the heat dissipation section 12a and is made of a heat insulating material with low thermal conductivity. The heat insulating layer 12b abuts against the outer ring 7.

このような構成を備えることによって、軸受装置1は、ステータ9の発熱を放熱部12aで効率的に外部に放熱することができるとともに、断熱層12bにより放熱部12aの温度を直接、外環7に伝わらないようにし、ステータ9の発熱が軸受Bに影響しないようにすることができる。 By having such a configuration, the bearing device 1 can efficiently dissipate heat generated by the stator 9 to the outside through the heat dissipation section 12a, while the insulating layer 12b prevents the temperature of the heat dissipation section 12a from being directly transferred to the outer ring 7, thereby preventing heat generated by the stator 9 from affecting the bearing B.

好ましくは、外輪2および内輪3のうちのいずれか一方は、軸受装置1の静止輪として機能する。回路基板10は、静止輪の端面に当接する外環7の端面と断熱部11の隔壁11aとの間に形成される空間において、外環7に固定される。 Preferably, one of the outer ring 2 and the inner ring 3 functions as a stationary ring of the bearing device 1. The circuit board 10 is fixed to the outer ring 7 in the space formed between the end face of the outer ring 7 that abuts against the end face of the stationary ring and the partition wall 11a of the heat insulating section 11.

このような構成を備えることによって、回路基板10が軸受Bの近傍に配置されるとともに断熱部11の隔壁11aにより熱的に絶縁されるため、軸受Bの回転に伴う温度上昇、あるいは加速度を正確に測定することができる。 With this configuration, the circuit board 10 is positioned near the bearing B and is thermally insulated by the partition wall 11a of the insulating section 11, so that the temperature rise or acceleration associated with the rotation of the bearing B can be accurately measured.

好ましくは、ワイヤレス通信回路20は、内部にアンテナ部20aを含む。アンテナ部20Aは、ステータ9と軸方向に重ならない位置に配置されるとともに、断熱部11と対向する位置に配置される。 Preferably, the wireless communication circuit 20 includes an antenna portion 20a therein. The antenna portion 20A is arranged in a position that does not overlap with the stator 9 in the axial direction, and is arranged in a position facing the heat insulating portion 11.

このような構成を備えることによって、アンテナ部20aが金属などの導電性材料の影響を受けることなく軸受装置1の外部に電波を飛ばすことができる。 By having such a configuration, the antenna part 20a can transmit radio waves outside the bearing device 1 without being affected by conductive materials such as metals.

好ましくは、軸受装置1Aは、断熱部11Aの外周の一部に形成された切欠き部11Adと、ステータ9Aを構成する磁性体リング部材13の周方向一部を除去してボビン14が露出した除去部9A1とが重なり、切欠き部11Adの領域内に回路基板10が配置される。 Preferably, the bearing device 1A has a cutout portion 11Ad formed in part of the outer periphery of the heat insulating portion 11A and a removed portion 9A1 in which a circumferential portion of the magnetic ring member 13 constituting the stator 9A is removed to expose the bobbin 14, and the circuit board 10 is disposed within the area of the cutout portion 11Ad.

このような構成を備えることによって、軸受装置1Aは、ステータ9Aを軸受Bにより近づけた配置ができるため、外環7の軸方向幅を短くすることができ、小型化が可能となる。 By adopting this configuration, the bearing device 1A can be configured so that the stator 9A is positioned closer to the bearing B, thereby shortening the axial width of the outer ring 7 and enabling miniaturization.

好ましくは、軸受装置90は、外輪間座54gが固定部材となる。
このような構成を備えることによって、軸受装置90は、軸受53a,53bを備える構成において、軸受53の回転に伴う温度上昇、あるいは加速度を正確に測定することができる。
Preferably, in the bearing device 90, the outer ring spacer 54g serves as the fixed member.
By being configured as described above, the bearing device 90 can accurately measure the temperature rise or acceleration that accompanies the rotation of the bearing 53 in a configuration including the bearings 53a and 53b.

好ましくは、外輪2および内輪3のうちのいずれか一方は、軸受装置90の静止輪として機能する。回路基板10は、静止輪に近接する外輪間座54gの一方端に形成された溝54g1aの内部に固定される。回路基板10を保護する保護部材としての蓋73と、蓋73と対向する複数の転動体Taとは、絶縁体で構成される。軸受53の静止輪の他方端に当接する前蓋60と、前蓋60と軸受53により支持される主軸51との間には、隙間70が設けられている。 Preferably, one of the outer ring 2 and the inner ring 3 functions as the stationary ring of the bearing device 90. The circuit board 10 is fixed inside a groove 54g1a formed at one end of the outer ring spacer 54g adjacent to the stationary ring. The cover 73 as a protective member for protecting the circuit board 10 and the multiple rolling elements Ta facing the cover 73 are made of insulating material. A gap 70 is provided between the front cover 60 that abuts against the other end of the stationary ring of the bearing 53 and the main shaft 51 supported by the front cover 60 and the bearing 53.

このような構成を備えることによって、軸受装置90は、ワイヤレス通信回路20から発信される電波を、主軸51と前蓋60とで形成されるラビリンスシールの隙間70から外側に放出することができる。 By having such a configuration, the bearing device 90 can emit radio waves transmitted from the wireless communication circuit 20 to the outside through the gap 70 of the labyrinth seal formed between the main shaft 51 and the front cover 60.

好ましくは、軸受装置90は、スピンドル装置50に適用してもよい。
このような構成を備えることによって、スピンドル装置50において、軸受53の回転に伴う温度上昇、あるいは加速度を正確に測定することができる。
Preferably, the bearing device 90 may be applied to the spindle device 50 .
By providing such a configuration, the temperature rise or acceleration accompanying the rotation of the bearing 53 in the spindle device 50 can be accurately measured.

好ましくは、軸受装置1は、軸受装置1により回転可能に支持された回転翼104を備え、回転翼104の回転により飛行する、電動垂直離着陸機101に適用してもよい。 Preferably, the bearing device 1 may be applied to an electric vertical take-off and landing aircraft 101 that has a rotor 104 rotatably supported by the bearing device 1 and flies by rotating the rotor 104.

このような構成を備えることによって、電動垂直離着陸機101において、軸受の回転に伴う温度上昇、あるいは加速度を正確に測定することができる。 By using this configuration, the temperature rise or acceleration caused by the rotation of the bearings in the electric vertical take-off and landing aircraft 101 can be accurately measured.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present disclosure is indicated by the claims rather than the description of the embodiments above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

1,1A,90 軸受装置、2,53ga,53gb,55b 外輪、3,53ia,53ib,55a 内輪、4,Ta,Tb 転動体、5,Rta,Rtb 保持器、5a,5b,53,53a,53b,55,B 軸受、6 シール、7 外環、8 磁気リング、8a 芯金、8b 多極磁石、9,9A ステータ、9A1 除去部、10 回路基板、11,11A,71 断熱部、11Aa,11a 隔壁、11Ad 切欠き部、12,73 蓋、12a,72 放熱部、12b 断熱層、13,13A 磁性体リング部材、14 ボビン、15 コイル、16 電源回路、17 センサ、18 温度センサ、19 加速度センサ、20 ワイヤレス通信回路、20a アンテナ部、50 スピンドル装置、51 主軸、54g 外輪間座、54i 内輪間座、60 前蓋、71a 第1断熱部、71b 第2断熱部、G 発電機。 1, 1A, 90 Bearing device, 2, 53ga, 53gb, 55b Outer ring, 3, 53ia, 53ib, 55a Inner ring, 4, Ta, Tb Rolling element, 5, Rta, Rtb Cage, 5a, 5b, 53, 53a, 53b, 55, B Bearing, 6 Seal, 7 Outer ring, 8 Magnetic ring, 8a Core, 8b Multi-pole magnet, 9, 9A Stator, 9A1 Removal part, 10 Circuit board, 11, 11A, 71 Heat insulation part, 11Aa, 11a Partition, 11Ad Notch part, 12, 73 Lid, 12a, 72 Heat dissipation part, 12b Heat insulation layer, 13, 13A Magnetic ring member, 14 Bobbin, 15 Coil, 16 Power supply circuit, 17 Sensor, 18 Temperature sensor, 19 acceleration sensor, 20 wireless communication circuit, 20a antenna unit, 50 spindle device, 51 main shaft, 54g outer ring spacer, 54i inner ring spacer, 60 front cover, 71a first insulation part, 71b second insulation part, G generator.

Claims (9)

軸受を備える軸受装置であって、
外輪と、
内輪と、
前記外輪と前記内輪との間に配置される複数の転動体と、
前記外輪および前記内輪のうちのいずれか一方に固定される固定部材と、
前記外輪および前記内輪のうちのいずれか他方に、前記固定部材に対向するように固定される磁気リングと、
前記固定部材に固定されるとともに、熱伝導率が低く非金属の絶縁体から構成され、径方向に延びる隔壁を有する円筒状の断熱部と、
前記隔壁を挟んで前記軸受と反対側に固定されるステータと、を備え、
前記磁気リングは、前記ステータに対向するように配置され、
前記ステータと前記磁気リングとは発電機を構成し、
前記軸受装置は、前記隔壁よりも前記軸受側の空間に固定された回路基板をさらに備え、
前記回路基板は、
前記発電機で生成される電力を整流処理して直流電源を作る電源回路と、
前記軸受の状態を検出する少なくとも1つのセンサと、
前記少なくとも1つのセンサの出力を無線で外部に送信するワイヤレス通信回路と、を含む、軸受装置。
A bearing device including a bearing,
The outer ring and
With the inner circle,
A plurality of rolling elements disposed between the outer ring and the inner ring;
a fixing member fixed to one of the outer ring and the inner ring;
a magnetic ring fixed to the other of the outer ring and the inner ring so as to face the fixed member;
a cylindrical heat insulating portion fixed to the fixing member, made of a nonmetallic insulator having low thermal conductivity, and having a partition wall extending in a radial direction;
a stator fixed to the opposite side of the partition wall from the bearing,
the magnetic ring is disposed to face the stator,
the stator and the magnetic ring constitute a generator,
the bearing device further includes a circuit board fixed in the space on the bearing side relative to the partition wall,
The circuit board includes:
a power supply circuit that rectifies the power generated by the generator to generate a DC power supply;
at least one sensor for detecting a condition of the bearing;
and a wireless communication circuit that wirelessly transmits an output of the at least one sensor to an outside.
前記ステータに当接されるように配置され、熱伝導率が高い材料からなる放熱部と、
前記放熱部の外周面に配置され、熱伝導率の低い断熱部材からなる断熱層と、をさらに備え、
前記断熱層は、前記固定部材と当接する、請求項1に記載の軸受装置。
a heat dissipation portion that is disposed so as to be in contact with the stator and is made of a material having high thermal conductivity;
A heat insulating layer is disposed on the outer circumferential surface of the heat dissipation portion and is made of a heat insulating material having a low thermal conductivity.
The bearing device according to claim 1 , wherein the heat insulating layer abuts against the fixed member.
前記外輪および前記内輪のうちのいずれか一方は、前記軸受装置の静止輪として機能し、
前記回路基板は、前記静止輪の端面に当接する前記固定部材の端面と前記断熱部の前記隔壁との間に形成される空間において、前記固定部材に固定される、請求項1または請求項2に記載の軸受装置。
One of the outer ring and the inner ring functions as a stationary ring of the bearing device,
3. The bearing device according to claim 1, wherein the circuit board is fixed to the fixed member in a space formed between an end face of the fixed member that abuts against an end face of the stationary ring and the partition wall of the heat insulating portion.
前記ワイヤレス通信回路は、内部にアンテナ部を含み、
前記アンテナ部は、前記ステータと軸方向に重ならない位置に配置されるとともに、前記断熱部と対向する位置に配置される、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の軸受装置。
the wireless communication circuit includes an antenna unit therein;
The bearing device according to claim 1 , wherein the antenna portion is disposed at a position not overlapping with the stator in the axial direction and facing the heat insulating portion.
前記断熱部の外周の一部に形成された切欠き部と、前記ステータを構成する磁性体リング部材の周方向一部を除去してボビンが露出した除去部とが重なり、
前記切欠き部の領域内に前記回路基板が配置される、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の軸受装置。
a cutout portion formed in a part of the outer periphery of the heat insulating portion and a removed portion in which a circumferential portion of a magnetic ring member constituting the stator is removed to expose the bobbin are overlapped,
The bearing device according to claim 1 , wherein the circuit board is disposed within the region of the cutout portion.
前記固定部材は、外輪間座である、請求項1または請求項2に記載の軸受装置。 The bearing device according to claim 1 or 2, wherein the fixing member is an outer ring spacer. 前記外輪および前記内輪のうちのいずれか一方は、前記軸受装置の静止輪として機能し、
前記回路基板は、前記静止輪に近接する前記外輪間座の一方端に形成された溝の内部に固定され、
前記回路基板を保護する保護部材と、前記保護部材と対向する前記複数の転動体とは、絶縁体で構成され、
前記軸受の前記静止輪の他方端に当接する蓋と、前記蓋と前記軸受により支持される主軸との間には、隙間が設けられている、請求項6に記載の軸受装置。
One of the outer ring and the inner ring functions as a stationary ring of the bearing device,
The circuit board is fixed inside a groove formed in one end of the outer ring spacer adjacent to the stationary ring,
a protective member for protecting the circuit board and the rolling elements facing the protective member are made of insulating materials,
7. The bearing device according to claim 6, wherein a gap is provided between a lid that abuts against the other end of the stationary ring of the bearing and a main shaft supported by the lid and the bearing.
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の軸受装置を備える、スピンドル装置。 A spindle device equipped with a bearing device according to any one of claims 1 to 7. 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の軸受装置と、
前記軸受装置により回転可能に支持された回転翼と、を備え、
前記回転翼の回転により飛行する、電動垂直離着陸機。
A bearing device according to any one of claims 1 to 7,
a rotor supported rotatably by the bearing device,
An electric vertical take-off and landing aircraft that flies by rotating the rotor.
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