(57)【要約】【課題】  簡易な構成で発電効率を向上させた発電機付き転がり軸受装置を提供する。【解決手段】  着磁リング３には着磁部９及び非着磁部３６が周方向に向かって等間隔をおいて形成され、磁性リング４には磁束を誘導する誘導部１３が着磁部９に対応して設けられている。誘導部１３が着磁部９と対向するときに、発電コイル５へ誘導される磁束が存在する第１状態となり、誘導部１３が非着磁部３６と対向するときに、発電コイル５へ誘導される磁束が第１状態よりも減少する第２状態となる。そして、内外輪３２，３０の相対回転に伴うこれら第１、第２状態の切り換えにより、発電コイル５に起電力を発生させる。  【選択図】      図１
2006090501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに転動体を介して相対回転自在な対をなす軌道輪と、このうち一方の軌道輪側に取り付けられた着磁リングと、他方の軌道輪側に取り付けられかつ前記着磁リングと対向する磁性リングと、前記着磁リングと磁性リングとの間を周回する発電コイルと、を備え、
前記着磁リングには周方向に向かって着磁部及び非着磁部がそれぞれ交互に形成され、前記磁性リングには磁束を誘導する誘導部が前記着磁部間のピッチに対応したピッチで設けられ、
前記誘導部が前記着磁部と対向するときに、前記発電コイル内へ誘導される磁束が存在する第１状態となり、
前記誘導部が前記非着磁部と対向するときに、前記発電コイル内へ誘導される磁束が前記第１状態よりも減少する第２状態となり、
前記両軌道輪の相対回転に伴う前記第１、第２状態の切り換えにより、前記発電コイルに起電力を発生させることを特徴とする発電機付き転がり軸受装置。
【請求項２】
前記第２状態のときに、前記発電コイル内に誘導される磁束を減少させるヨークが設けられている請求項１に記載の発電機付き転がり軸受装置。
【請求項３】
前記両軌道輪の相対回転速度を検知する回転速度検知機構が設けられている請求項１又は２に記載の発電機付き転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機能を備える転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車輪や産業機械の回転軸等を回転自在に支持するとともに発電機能が備えられた転がり軸受装置として、従来から種々の構造のものが知られている。例えば自動車のアンチロックブレーキ装置に用いられるものとして、ステータ及びロータを有し、前記ロータが円周方向に並ぶ多数の磁極を有する多極磁石である発電機と、前記ステータに設けられ前記ロータの磁極を検出する磁気センサと、前記発電機の発電電力を磁気センサの電源として利用する電源回路とを備えたものがある。この転がり軸受装置は、内輪に取り付けられた多極磁石と、外輪に取り付けられた発電コイルを収容する磁性リングとで発電し、それとともに磁気センサで回転数を検知するものである（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２６２６４５号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１の転がり軸受装置では、発電コイルが断面箱形に形成された磁性リングの内部に収容されており、さらにその周りを囲む樹脂によって位置決めされている。また、同じ磁性リングの内部には、磁気センサが収容されている。そのため、発電機及び速度を検知する構造が複雑となり、製造作業が非常に煩雑である。また、発電コイルに誘導される磁束の変化が小さく発電効率が十分でないという問題がある。
そこで本発明はこのような従来の問題点に鑑み、簡易な構成で発電効率を向上させた発電機付き転がり軸受装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は上記目的を達成するために次の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明は、互いに転動体を介して相対回転自在な対をなす軌道輪と、このうち一方の軌道輪側に取り付けられた着磁リングと、他方の軌道輪側に取り付けられかつ前記着磁リングと対向する磁性リングと、前記着磁リングと前記磁性リングとの間を周回する発電コイルと、を備え、前記着磁リングには周方向に向かって着磁部及び非着磁部がそれぞれ交互に形成され、前記磁性リングには磁束を誘導する誘導部が前記着磁部間のピッチに対応したピッチで設けられ、前記誘導部が前記着磁部と対向するときに、前記発電コイルへ誘導される磁束が存在する第１状態となり、前記誘導部が前記非着磁部と対向するときに、前記発電コイルへ誘導される磁束が前記第１状態よりも減少する第２状態となり、前記両部材の相対回転に伴う前記第１、第２状態の切り換えにより前記発電コイルに起電力を発生させることを特徴とする。
【０００５】
この場合、両軌道輪に伴って磁性リングと着磁リングが相対回転すると、磁性リングの誘導部がこれと対向している着磁リングの着磁部と非着磁部を交互に通過する。従って、誘導部が着磁部に対向している第１状態と、誘導部が非着磁部に対向している第２状態とが交互に形成される。
第１状態では磁束が誘導部へ誘導されることから、多くの磁束がこの誘導部と磁性リングの間に設けられた発電コイル内を通り、第２状態では磁束は誘導されず、発電コイル内を通る磁束は第１状態よりも減少する。したがって、両軌道輪が相対回転すると、これら第１、第２状態の切り換えによる発電コイルを通る磁束の変化が起こり、この発電コイルに起電力を発生させることができる。
また、誘導部及び着磁部がそれぞれ等ピッチで形成されているので、両軌道輪が相対回転すると、発電コイルを通る磁束がその全周上で同時に切り換えられる。これにより、発電コイルの発電効率が向上する。なお、両軌道輪はそれぞれ軸受装置の静止輪又は回転輪として構成することができるが、磁性リング或いは着磁リングは当該静止輪、回転輪あるいは内輪、外輪のうちどちらに取り付けるようにしてもよい。
【０００６】
また、上記の本発明において、第２状態のときに、発電コイルに誘導される磁束を減少させるヨークが設けられていることが好ましい。
このようなヨークを設けることにより第２状態のときに発電コイルに誘導される磁束が減少すれば、それだけ第１状態と第２状態の切換えによる発電コイルを通る磁束の変化が大きくなる。したがって、発電効率がより向上する
【０００７】
さらに、上記の発電機付き転がり軸受装置に、前記内外輪の相対回転速度を検知する回転速度検知機構が設けられるようにしてもよい。この場合、回転輪の回転速度が検知される。また、この場合の回転速度検知機構としては、磁気センサを設けることができるが、例えば発電コイルから得た電力をこの磁気センサの電源とすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、着磁部が形成された着磁リングと、当該着磁部に対応して設けられた誘導部を備える磁性リングとの間に周回する発電コイルを設けたので、簡易な構成で発電効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態を説明する。
本実施形態の発電機付き転がり軸受装置１は、図１に示すように、外輪３０（静止輪）と、図示しない回転軸に嵌合された内輪３２（回転輪）と、これら内輪３２と外輪３０との間に設けた複数の転動体３３と、外輪３０に支持部２を介して固定された着磁リング３と、内輪３２に嵌合された磁性リング４と、これら着磁リング３と磁性リング４との間に設けられた発電コイル５とから構成されている。また、外輪内周面３０ａには外輪軌道３０ｂが形成されており、この外輪軌道３０ｂに対向するように内輪外周面３２ａに内輪軌道３２ｂが形成されている。これにより、複数の転動体３３を介して相対回転自在とされた外輪３０、内輪３２により軸受を構成している。
【００１０】
図１に示すように、外輪３０に取り付けられた円環状の支持部２は、外側のケーシング６と、このケーシング６内に充填された樹脂７とからなっている。また、ケーシング６は、転動輪側（図の左側）の内側部６ａと、この内側部６ａの最外部に取り付けられた径外部６ｂと、この径外部６ｂの外側から径内方向へ延びる外側部６ｃとからなっている。そして、外側部６ｃには、その最内部に転動輪側へ屈曲する屈曲部ａが形成されている。
また、樹脂は、内側部と径外部と外側部の径外側とで囲われた部分に充填されており、これらの部材同士を固定している。屈曲部ａの先端は、内輪の近くまで延びており、異物が軸受装置内で入らないようにされている。さらに、屈曲部ａの内側にも樹脂が設けられている。図に示すように、充填された樹脂の径内側と外側部６ｃと屈曲部aとで、磁性リング４等を収容する収容空間８を形成している。
【００１１】
図３に示すように、着磁リング３は筒状をなしており、周方向に沿って着磁部９と非着磁部１０（ニュートラルエリア）が交互に等ピッチで並べられている。これら着磁部９と非着磁部１０とは、ほぼ同じ周方向幅を有しており、着磁部９の各磁極Ｓ，Ｎは全て同じ方向に向けられている。従って、着磁リング３の一側面（図３右側）にはＳ磁極のみが、他側面（図３左側）にはＮ磁極のみが間隔をおいて並んでいる。着磁部９と非着磁部１０を交互に並べるには、リング部材を周方向に向かって一定間隔おきに着磁する方法や、磁石と非磁性体を周方向に向かって交互に繋ぐ方法がある。また、リング部材の全体を着磁することで、Ｓ磁極とＮ磁極とをそれぞれリング部材を周回させるようにし、これに周方向に向かって一定間隔おきに穴を開けるようにしてもよい。なお、非着磁部１０は少し磁化されていてもよい。また、この着磁リング３の内周面３ａには、発電コイル５がこれに沿って周回しており、周回して出た発電コイル５は外部の整流回路１１及び二次電池１２に繋がっている。
【００１２】
図１（ａ）等に示すように、着磁リング３は、支持部２内に充填された樹脂７の下面右側よりに、その外周面３ｂを合わせるようにして固定されており、かつ、Ｎ磁極が左側に向けられた状態で配置されている。そして、着磁リング３の内周面３ａに設けられた発電コイル５は、当該着磁リング３と磁性リング４との間で周回している。
磁性リング４は、その内周面が内輪３２に嵌合されており、かつ、その外周を樹脂７の下面及び着磁リング３の内周面３ａに対向するようにして固定されている。図４に示すように、この磁性リング４は、リング状の連結部３５から一方向（取り付けられた状態では装置１の外側方向）に向けて延びた多数の突起１３が形成されており、全体として櫛歯形状をなしている。突起１３は、磁束を誘導する誘導部１３として構成されているものであり、その中途部に段差１４が形成されている。
【００１３】
また、誘導部１３には、連結部３５の外周面に繋がる最外面Ａと、前記段差１４に形成された段差面Ｂ、この段差面Ｂから外側に延びる対向面Ｃが形成され、さらにこの対向面Ｃの端部から径内方向へ延びる側面Ｄが形成されている。また、誘導部１３と誘導部１３の間は、連結部３５のみで繋がっており非誘導部３６となっている。また、誘導部１３の周方向幅は、着磁リング３の着磁部９の周方向幅とほぼ同じとなっており、当該誘導部１３は、着磁リング３の着磁部９に対応するようなピッチで形成されている。なお、磁性リング４は、フェライト系のステンレス鋼などの防錆性を有する磁性体が用いられているが、これに限定するものではなくその他の磁性体を用いることができる。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、誘導部１３が着磁部９と対向する第１状態では、磁性リング４の最外面Ａは樹脂７の下面に対向しており、段差面Ｂは着磁リング３のＮ磁極に近接しており、対向面Ｃは着磁リング３の内周面３ａに対向している。
従って、図１（ｂ）に示すように、前記第１状態となっているときは、径方向からみて磁性リング４の誘導部１３が着磁リング３の着磁部９と重なっており、着磁部９のＮ磁極から内径側にわたるところが、誘導部１３の段差面Ｂ及び対向面Ｃでほぼ被われた状態となる。これにより、第１状態のときには、着磁部９の磁束は、誘導部１３に誘導されて発電コイル５内を通る。
【００１５】
一方、図２（ａ）に示すように、誘導部１３が非着磁部１０と対向する（着磁部９と対向していない）第２状態では、非誘導部３６が着磁部９の位置にあり、即ち径方向からみて誘導部１３が着磁部９とずれているときは、着磁部９の内径側には誘導部１３がない状態となる。したがって、着磁部９の磁束は、磁性リング４の方へ誘導されることはなく分散する。そのため、発電コイル５内へ通る磁束は、第１状態のときよりも減少することになる。
つまり、内輪３２に嵌合された磁性リング４が、着磁リング３に対して回転すると、同磁性リング４の各誘導部１３が、同着磁リング３の各着磁部９と各非着磁部１０とを次々に通過していく。この磁性リング４の動きに伴って、全ての着磁部９において、第１状態と第２状態が同時に切り換わることになる。
【００１６】
このようにして、固定輪である外輪３０に対して内輪３２が回転し、第１状態と第２状態が切換えられると、発電コイル５内を通る磁束の変化が起こり、それに伴って当該発電コイル５に起電力が生じる。発生した電力は交流となっているため、この電力が整流回路で直流に変換された後、二次電池に溜められる。この電力は、例えば後述する磁気センサの電源とすることができる。
以上のように構成された発電付き転がり軸受装置１は、着磁リング３の全ての着磁部９において、内輪３２の回転に伴って第１状態と第２状態が同時に切換えられ、発電コイル５内に通る磁束を変化させるので、極めて高い発電効率を得ることができる。また、内輪３２に磁性リング４、外輪３０に着磁リング３を取り付けて、その間に発電コイル５を周回させるという非常に簡易な構成となっているので、製作が容易である。また、発電コイル５は、着磁リング３の内周面３ａを周回させるだけであり、例えば、蛇行させることや複雑な巻き方をする必要がないので製作作業に手間がからず、コストが抑えられる。
【００１７】
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る第２実施形態の発電機付き転がり軸受装置１５である。この軸受装置１５が上記第１実施形態と異なる点は、前記第２状態のときに、発電コイル５に誘導される磁束を減少させるヨーク１６が設けられている点である。このヨーク１６は、断面逆Ｌ字型で円環状をなしており、図の左右方向に延びる周面部１６ａとこの周面部１６ａの右端から径内方向に延びる側部１６ｂとからなっている。周面部１６ａは、樹脂７内で固定されるとともに、着磁リング３の外周面３ｂに沿うように配置されている。また、側部１６ｂは、ケーシング６の外側部６ｃの内面に沿って固定されている。なお、ヨーク１６は磁束を誘導できるような磁性材料で構成されており、着磁部９の磁束を誘導する。
【００１８】
また、図４（ａ）に示すように、第１状態において、上述したように着磁リング３の内内周面３ａに磁性リング４の誘導部１３が対向するのであるが、このとき、ヨーク１６の周面部１６ａの転動輪側の先端と着磁部９のＮ磁極との距離は、同Ｎ磁極と誘導部１３の段差面Ｂよりも遠くなっている。そして、ヨーク１６と着磁リング３との距離は、第１状態のときには図４（ａ）に示すように磁束を誘導せず、第２状態のときには図４（ｂ）に示すように磁束を誘導するような寸法に設定されている。
従って、第２状態のときにヨーク１６は、磁束がコイル５の外側を通るように誘導するので、同第２状態のときに発電コイル５を通る磁束がより減少することになる。これにより、第１状態と第２状態の切換えによる、磁束の変化がより大きくなり発電効率が極めて高くなる。
【００１９】
図６は、本発明に係る第３実施形態の発電機付き転がり軸受装置１７である。この軸受装置１７が上記第１実施形態と異なる点は、支持部２に回転速度検知機構１８、送信機２４等が設けられている点である。ケーシング６内には、径方向内側にＮ磁極、径方向外側にＳ磁極が形成された永久磁石２０、この永久磁石２０と磁性リング４との間に配置された磁気センサ２１、及び整流回路２２、二次電池２３、送信機２４、送信アンテナ２５が組み込まれている。磁気センサ２１は、永久磁石２０の磁束の変化を検知して、これを回転速度信号として出力するものである。なお、この磁気センサ２１にはホール素子が内蔵されたホールＩＣが採用されているが、これに限定されるものではない。
【００２０】
内輪３２が回転すると、永久磁石２０と対向するところに、磁性リング４の誘導部１３と非誘導部３６が交互に通過する。図６に示すように、永久磁石２０のＮ磁極と誘導部（突起部）１３の最外面Ａが対向して近くなる前記第１状態では、磁束は同誘導部１３に誘導されて、磁気センサ２１を通る。一方、永久磁石２０と対向するところに非誘導部３６くる前記第２状態では、磁束は磁性リング４の方へは誘導されない。したがって、第１、第２状態が切り換わることにより磁気センサ２１を通る磁束が変化する。この磁束の変化を当該磁気センサ２１が検知し回転速度信号が送信機１９に送られる。送信機１９に送られた信号は、送信アンテナ２４を介して装置外の図示しない受信機へワイヤレスで送信される。      
【００２１】
また、発電コイル５で発生した電力は、整流回路２２で交流電圧から直流電圧に変換され、この電力が二次電池２３に溜められる。二次電池２３に溜められた電力は、磁気センサ２１及び送信機１９の電源となっており、従って、本実施形態の軸受装置１７は、回転速度検知が可能であり、なおかつ別に電源を設ける必要のない自己発電型となっている。また、磁気センサ２１で検出された信号はワイヤレスで送信できるので、軸受装置１７からハーネスを導出する必要が無く、当該軸受装置１７の組み立てに手間がかからず、軸受装置１７と外部機器との断線という問題も起こらない。
【００２２】
図７（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る第４実施形態の発電機付き転がり軸受装置２５である。この軸受装置２５が上記各実施形態と異なる点は、磁性リング２６及び着磁リング２７が上記各実施形態と逆の軌道輪に取り付けられている点である。すなわち、磁性リング２６が外輪３０に、着磁リング２７が内輪３２に取り付けられている。
着磁リング２７の着磁部９はＮ磁極を外側に、Ｓ磁極を転動輪側に向けた状態で設けられている。また、内輪３２には、同着磁リング２７及びこの着磁リング２７が当接しているリング状の当接部材２８がともに嵌合されている。この当接部材２８は、着磁リング３が転動輪側へ行きすぎないようにストッパーの役目を果たしている。従って、着磁リング３は、当接部材２８にそのＳ磁極側が当接することにより位置決めがされている。
【００２３】
図８に示すように、磁性リング２６は環状部材として構成されており、軸方向に対面する左側の第１リング４０と右側の第２リング４１とからなる一対の分割リングとして構成されている。第１リング４０には、先端に向かって窄まる台形状の突起４２が、左側面部から内径方向に向かって多数形成されている。突起４２は、その先端の位置が着磁リング２７の左端部に近接するところまで延ばされており、着磁部９の磁束を誘導する誘導部４２となっている。また、この誘導部４２が設けられているピッチは、着磁リング２７の着磁部９と同じピッチとなっている。
【００２４】
第２リング４１は、第１リング４０の内径寸法と同じ外径寸法を有しており、さらに内径部には左側へ向かって延びる櫛歯４３が多数形成されている。この櫛歯４３は、ケーシング６の屈曲部ａに沿うようにして、着磁リング２７のＮ磁極の内径側を覆う位置まで延ばされており着磁部９のヨーク４３となっている。櫛歯４３が設けられているピッチは、着磁部９と同じピッチ、即ち第１リング４０の誘導部４２（突起）と同じピッチとなっている。そして、これら第１リング４０と第２リング４１とが、当該第１リング４０の内周面に第２リングの外周面を嵌合させた状態で、内外輪３２、３０に組み込まれており磁性リング２６を構成している。
【００２５】
発電コイル５は、磁性リング２６の内周面２６ａを周回しており、図に示すように、当該磁性リング２６と着磁リング２７との間に配置されている。また、この発電コイル５は、図示しない整流回路等に繋がっている。
従って、図７（ａ）に示すように、着磁部９のＳ磁極が第１リング４０の誘導部４２に近接している第１状態のときは、第２リング４１の櫛歯４３（ヨーク）は着磁部９に対向していない。一方、図７（ｂ）に示すように、着磁部９のＳ磁極が誘導部４２に近接していないときは、当該櫛歯４３は着磁部９に対向している。このように、図７（ａ）に示す第１状態では、着磁部９の磁束が図の矢印で示すように、誘導部４２に誘導され、その磁束の多くは発電コイル５内を通る。
【００２６】
一方、図７（ｂ）に示す第２状態では、磁束が図の矢印で示すように、誘導部４２に誘導されず発電コイル５内を通る磁束は第１状態よりも減少する。つまり、着磁リング２７が、磁性リング２６に対して回転すると、着磁部９が各誘導部４２を次々に通過していき、この動きに伴って、全ての着磁部９において、第１状態と第２状態が同時に切り換わることになる。このように、第１状態と第２状態とが切換えられると、発電コイル５内を通る磁束の変化が起こり、それに伴って当該発電コイル５に起電力が生じる。
以上のように構成された発電付き転がり軸受装置２５は、着磁リング２７の全ての着磁部９において、第１状態と第２状態が同時に切換えられ、発電コイル５内に通る磁束を変化させるので、極めて高い発電効率を得ることができる。また、磁性リング２６の内周面２６ａに発電コイル５を周回させるという非常に簡易な構成となっているので、製作が非常に容易である。なお、図には示していないが、支持部２に整流回路や送信機等を組み込むようにしてもよい。
【００２７】
なお、上記実施形態は例示であって制限的なものではない。例えば、磁性リング４や着磁リング３の形状を変更してもよく、軸受装置１に他の機器をさらに組み込んで発電した電力をこれらの電源としてもよい。また、本発明は上記実施形態の転がり軸受に限らずあらゆるタイプの転がり軸受に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（ａ）は、発電機付き転がり軸受装置の第１状態を示す要部断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】（ａ）は、発電機付き転がり軸受装置の第２状態を示す要部断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】発電コイルが設けられた着磁リングの斜視図である。
【図４】磁性リングの一部決裁斜視図である。
【図５】（ａ）は、第２実施形態の発電機付き転がり軸受装置の第１状態を示す要部断面図であり、（ｂ）は、同第２状態を示す要部断面図である。
【図６】第３実施形態の発電機付き転がり軸受装置の要部断面図である。
【図７】（ａ）は、第４実施形態の発電機付き転がり軸受装置の第１状態を示す要部断面図であり、（ｂ）は、同第２状態を示す要部断面図である。
【図８】磁性リング及び着磁リングを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    発電機付き転がり軸受装置
２    支持部
３    着磁リング
４    磁性リング
５    発電コイル
９    着磁部
１３  誘導部
１８  回転速度検知機構
２１  磁気センサ
３０  外輪
３２  内輪
３６  非誘導部
【図１】
2006090501.tif 000003
【図２】
2006090501.tif 000004
【図３】
2006090501.tif 000005
【図４】
2006090501.tif 000006
【図５】
2006090501.tif 000007
【図６】
2006090501.tif 000008
【図７】
2006090501.tif 000009
【図８】
2006090501.tif 000010