(57)【要約】円すいころ軸受（Ａ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）は、外部レース（２４、１０４）内且つ内部レース（２２、１０２）の回りに２列に並べられたころ（２６、１０６）を有すると共に、軸受内の状態を反映した信号を放射する検出装置（Ｄ）を有する。一実施形態（Ａ）において、外部レース（２４）は単一体であり、検出装置（Ｄ）は、ワイヤレス且つ電源内蔵式であり、ころが転がる際に沿う軌道溝（３２）の間で外部レース（２４）にフィットするマウント・リング（６０）を有する。このリングは、温度や振動などの軸受の状態を監視する複数のセンサ（６６）を内部に埋め込んでいる。このリングは、更に、無線送信器（７０）、センサが接続されたマイクロプロセッサ（６８）、及びプロセッサ及び送信器を作動させるのに必要な電気エネルギを生成する電源（６４）を有する。この電気パワは、永久磁石と、電機子巻線と、２つの円すい部の間に捉えられ、これら２つの円すい部と共に回転するターゲット・ホイールとを用いて、電気機械エネルギ変換によって生成される。この送信器は、センサによって記録され、プロセッサによって処理された状態を、軸受外で受信される無線信号に変換する。別の実施形態（Ｆ）において、単一体の外部レース（２４）は、ころ（２６）の２つの列の間で内側へ開いた溝（８８）を有し、センサ、無線送信器、プロセッサ、及び電源は、この溝（８８）内に配置される。他の実施形態（Ｇ、Ｈ）において、内部レース（１０２）は単一体であり、センサ、無線送信器、プロセッサ、及び電源は、内部レースに搭載されている。
2004502100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸回りの回転を容易にする転がり軸受であって、
前記軸回りに配置されると共に、該軸から離れて外側へ提示された軌道溝を有する内部レースと、
該内部レースの回りに配置されると共に、該内部レースの軌道溝へ向けて該軌道溝から間隔を空けて提示された軌道溝を有する外部レースと、
両レースの軌道溝の間にこれらに接触するように配置された転動体と、
通常は両レース間に配置され、前記レースの一に搭載されたセンサを有し、前記軸受の状態を監視する検出装置と、
前記一レースに搭載され、前記センサに接続され、該センサによって記録された状態を表す無線周波数信号を生成する無線送信器と、
前記一レースに搭載され、前記送信器に接続され、該送信器を作動させる電気エネルギを供給する電源と、を有することを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
請求項１記載の転がり軸受であって、
前記センサ、前記送信器、及び前記電源は、前記外部レースに搭載されることを特徴とする転がり軸受。
【請求項３】
請求項１記載の転がり軸受であって、
前記センサ、前記送信器、及び前記電源は、前記内部レースに搭載されることを特徴とする転がり軸受。
【請求項４】
請求項１記載の転がり軸受であって、
前記センサは温度に反応することを特徴とする転がり軸受。
【請求項５】
請求項１記載の転がり軸受であって、
前記センサは振動に反応することを特徴とする転がり軸受。
【請求項６】
請求項１記載の転がり軸受であって、
前記検出装置は、
前記外部レースに対して所定の位置に固定されたターゲット・ホイールを更に有し、
該ターゲット・ホイールは、該ターゲット・ホイールと前記電源との間に相対的な動きが発生した時に該電源を稼動させる、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項７】
請求項６記載の転がり軸受であって、
前記電源は磁場を生成し、
前記ターゲット・ホイールは前記磁場を破壊する、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項８】
請求項６記載の転がり軸受であって、
前記ターゲット・ホイールはティースを有することを特徴とする転がり軸受。
【請求項９】
請求項８記載の転がり軸受であって、
前記ターゲット・ホイールは帯磁されたリングであることを特徴とする転がり軸受。
【請求項１０】
請求項１記載の転がり軸受であって、
前記検出装置は、前記一レースに沿って配置されたリングを更に有し、
前記電源及び前記送信器は、前記リング上に配置される、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項１１】
請求項１０記載の転がり軸受であって、
前記センサも前記リング上に配置されることを特徴とする転がり軸受。
【請求項１２】
請求項１０記載の転がり軸受であって、
前記一レースは前記外部レースであることを特徴とする転がり軸受。
【請求項１３】
請求項１０記載の転がり軸受であって、
前記一レースは前記内部レースであることを特徴とする転がり軸受。
【請求項１４】
請求項１記載の転がり軸受であって、
前記一レースは前記両レースの他方と前記センサとに向けて開いた溝を有し、
前記無線送信器及び前記電源は前記溝内に配置される、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項１５】
軸回りの回転を容易にする転がり軸受であって、
軸方向に間隔が空けられ、前記軸から離れて外側へ提示された２つの軌道溝を有する内部レースと、
該内部レースの軌道溝を囲みながら該内部レースの軌道溝へ向けて内側へ提示された２つの軌道溝を有する外部レースと、
両レースの軌道溝の間に２列に配置された転動体と、
前記レースの一に搭載され、前記軸受の状態を監視するセンサと、
前記一レースによって通常は前記転動体の２つの列の間に搭載され、前記センサに接続され、該センサによって監視された前記軸受の状態を反映した無線信号を生成する無線送信器と、
前記一レースによって通常は前記転動体の２つの列の間に搭載され、前記送信器を作動させるのに必要な電気エネルギを供給するために該送信器に接続された電源と、を有することを特徴とする転がり軸受。
【請求項１６】
請求項１５記載の転がり軸受であって、
前記一レースは、単一体であり、
前記レースの他方は、分割可能な複数の構成要素から成り、
各構成要素は前記軌道溝の一を有し、該一軌道溝は該構成要素上にある、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項１７】
請求項１６記載の転がり軸受であって、
前記一レースの２つの軌道溝の間で該一レースにフィットするマウント・リングを更に有し、
前記送信器及び前記電源は前記マウント・リング上に位置する、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項１８】
請求項１７記載の転がり軸受であって、
前記他方のレースの２つの前記構成要素の間に配置され、前記他方のレースに対して所定の位置に固定されたターゲット・ホイールを更に有し、
前記電源は前記マウント・リングに沿って磁場を生成し、
前記ターゲット・ホイールの外周は、前記レース間に相対的な動きが発生した時に前記一レース上の前記マウント・リングに近づくように動き、
前記ターゲット・ホイールは、前記相対的な動きが発生した時に、前記電源によって生成された前記磁場を破壊する、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項１９】
請求項１８記載の転がり軸受であって、
前記ターゲット・ホイールは、前記マウント・リングへ向けて延びるティースを有することを特徴とする転がり軸受。
【請求項２０】
請求項１５記載の転がり軸受であって、
前記一レースは前記転動体の２つの列の間に配置された溝を有し、
該溝は前記レースの他方へ向けて開き、
前記センサ、前記無線送信器、及び前記電源は前記溝内に配置される、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２１】
軸回りの回転を容易にする転がり軸受であって、
テーパが付いた２つの外部軌道溝と、該外部軌道溝の間の仲介面とを有するダブルカップと、
該ダブルカップ内に配置され、軸方向に揃えられた円すい部と、
テーパが付いた転動体と、
検出装置と、を有し、
前記外部軌道溝は前記仲介面で最小直径となり、
前記円すい部のそれぞれは、外側に提示されたテーパが付いた内部軌道溝を有し、
一方の円すい部の軌道溝は、前記カップの一方の外部軌道溝によって囲まれ、
他方の円すい部の軌道溝は、前記カップの他方の外部軌道溝によって囲まれ、
前記転動体は、対向する内部軌道溝と外部軌道溝の組の間に２列に並べられ、
前記転動体は、通常、前記軌道溝と線接触し、
前記検出装置は、前記２つの外部軌道溝の間で前記カップ内に配置され、前記カップに搭載され、前記軸受の状態を監視するセンサと、前記カップに搭載され、前記センサに接続され、該センサによって監視された前記状態を反映した無線信号を生成する無線送信器と、前記カップに搭載され、前記送信器に接続され、該送信器に動力を供給する電気エネルギを生成する電源と、を有する、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２２】
請求項２１記載の転がり軸受であって、
前記電源は磁場を生成し、
前記検出装置は、前記２つの円すい部の間に配置され、該円すい部に対して所定の位置に固定されたスペーサ・リングを更に有し、
該スペーサ・リングは、前記電源へ向けて延び、該電源に極めて接近して位置するティースを有し、
該ティースは、前記カップと前記円すい部との間に相対的な動きが発生した時に前記電源によって生成された磁場を貫き、破壊する、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２３】
請求項２２記載の転がり軸受であって、
前記円すい部は、前記スペーサ・リングが前記円すい部の軌道溝の間に間隔を空ける軸方向を決定するように、該スペーサ・リングと接することを特徴とする転がり軸受。
【請求項２４】
請求項２２記載の転がり軸受であって、
前記センサ、前記送信器、及び前記電源は、前記カップの仲介面において該カップにフィットするマウント・リング内に埋め込まれることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２５】
請求項２１記載の転がり軸受であって、
前記送信器は、前記カップの領域内に配置されたアンテナを有することを特徴とする転がり軸受。
【請求項２６】
請求項２１記載の転がり軸受であって、
前記カップは、前記仲介面において前記カップの内部へ開いた、円周方向に間隔が空けられた少なくとも２つのボアを有することを特徴とする転がり軸受。
【請求項２７】
請求項２６記載の転がり軸受であって、
前記カップの外表面が押圧する弧状の座を有するハウジングを更に有し、
前記座の長さ及び前記ボア間の円周方向の間隔は、前記座が両ボアを覆うことができないように定められる、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２８】
軸受の１以上の状態を監視する検出装置であって、
前記軸受上に配置され、該軸受の状態を監視する少なくとも１つのセンサと、
前記軸受に搭載され、前記センサに接続され、該センサによって記録された状態を表す無線周波数信号を生成する無線送信器と、
前記軸受に搭載され、前記送信器に接続され、該送信器を作動させるために電気エネルギを供給する電源と、を有することを特徴とする検出装置。
【請求項２９】
請求項２８記載の検出装置であって、
前記軸受は、
該軸受の回転軸の回りに配置され、該軸から離れて外側へ提示された軌道溝を有する内部レースと、
該内部レース回りに配置され、該内部レースの軌道溝に向けて該軌道溝から間隔を空けて提示された軌道溝を有する外部レースと、
前記両レースの軌道溝の間で該軌道溝と接触するように配置された転動体と、を有し、
前記検出装置は、通常、前記両レースの間に配置される、ことを特徴とする検出装置。
【請求項３０】
請求項２８記載の検出装置であって、
前記軸受は、
該軸受の回転軸の回りに配置され、該軸から離れて外側へ提示された軌道溝を有する内部レースと、
該内部レース回りに配置され、該内部レースの軌道溝に向けて該軌道溝から間隔を空けて提示された軌道溝を有する外部レースと、
前記両レースの軌道溝の間で該軌道溝と接触するように配置された転動体と、を有し、
前記検出装置は、通常、前記外部レースの外径上に配置される、ことを特徴とする検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、概して、転がり軸受に係り、特に、軸受内で軸受から得られたパワにより、該軸受に関する状態を反映した信号を生成する転がり軸受に関する。
【０００２】
（背景技術）
典型的な転がり軸受は、内側レース及び外側レースを有する。これらレースは、対向する軌道溝と、該レース間に配置される転動体とを備える。転動体は、軸受が作動状態にセットされると上記軌道溝に沿って回転し、よって摩擦を最小限に低減する。軸受は潤滑油を含む。軸受の内部から汚染物質が漏れないように、そして、当然、潤滑油を該内部に留めるために、軸受の両端はシーリングによって閉じられている。軸受は、通常、潤滑油が枯渇したり、軌道溝又は転動体に１つでも不具合が生じたりした場合に壊れる。しかし、軌道溝及び転動体は全体的に隠されており、軸受を分解しなければ検査することができない。これには、当然、軸受を備え付けられたところ（２〜３つ例を挙げると、鉄道のジャーナル、車両の車軸、ミル・ロールなど）から取り外すことが必要となる。
【０００３】
そうであっても、外観検査を行うことは必ずしも必要ではないが、転がり軸受の欠陥は、通常、軸受の外側からでも検知できる状態として現れる。通常、温度の上昇は潤滑油の不足を意味するが、或いはひょっとすると、両軌道溝が曲がり、転がり軸受が事実上潤滑されていないスリーブ軸受となってしなう焼き付けでさえも起きているかもしれない。軌道溝又は転動体の粉砕又は他の不具合は、軸受の振動を過剰なものとし得る。
【０００４】
確かに、軸受の作動を監視する装置は存在する。例えば、鉄道は、通過する列車のジャーナル軸受を監視する線路脇の赤外線センサを有するが、それらは、比較的わずかな場所にしか存在せず、何マイルも離れている場合も多い。ゆえに、このような設置場所と設置場所との間で発生した温度上昇の始まりを検知できない。ワイヤで監視装置に接続された固有のセンサが備えられた軸受も登場している。結果として、このような軸受用のセンサを搭載したレースは、ワイヤが断絶しないように、回転しないように固定されたままでいなければならない。そして、鉄道のジャーナル軸受の場合、少なくとも外側レースは、摩擦が該外側レースの周囲に均等に分散されるように少しずつ回転する（「クリープ」する）程度に自由な状態を保っていることが好ましい。さらに、カップ・クリープを防ぐことは、コスト高な滑り止め機構を必要とする。
【０００５】
（発明の開示）
本発明の好ましい実施形態は、内側レースと、外側レースと、これらレース間の転動体と、を有する転がり軸受に関する。この軸受は、更に、該軸受の領域内に配置された無線送信器と通信する１以上のセンサを有する電源内蔵式ワイヤレス・センサ・ユニットを有する。この無線送信器は、軸受の特定の作動状態を反映した適切なセンサによって生成された信号を送信すると共に、自身の作動に必要な電気エネルギを同じく軸受の領域内に配置された電源から得る。
【０００６】
本明細書の一部を構成する添付図面において、同じ数字及び文字は、どこで登場しても同じ部品を指している。
【０００７】
（本発明を実施するための最良の形態）
図面を参照する。複列円すいころ軸受Ａは、鉄道トラック上のサイドフレームに順次かみ合うアダプタＣ内で鉄道車軸Ｂを最小限の摩擦で回転させることができる（図１）。軸受Ａは、車軸Ｂが軸受Ａ上の軸Ｘ周りに回転すると信号を生成する内部センサ装置又はユニットＤを有する。好ましい実施形態において、センサ・ユニットＤは、電源内蔵式且つワイヤレス式であり、軸受Ａの領域内に配置される。ここで、センサ・ユニットＤは、軸受Ａの状態及びその作動を表す信号を生成し、軸受の状態及び作動特性を表す情報をワイヤレス信号伝送を通じて遠隔受信機Ｅへ送信する。したがって、軸受Ａから離れた場所からでも、例えば、軸受Ａ及び車軸Ｂの角速度や、軸受Ａの作動温度、軸受Ａ内における過剰な振動の存在、などを測定することができる。しかし、軸受Ａ及びセンサ・ユニットＤは、軸受Ａもセンサ・ユニットＤも受信機Ｅとワイヤで接続されていないという意味で、受信機Ｅから切り離されたままである。
【０００８】
車軸Ｂは従来通りである。その端部において、車軸Ｂは、フィレット４において車軸Ｂの残りと一体化するジャーナル２（図１）を有する。軸受Ａは、軸受輪６と端部キャップ８との間のジャーナル２の周りに適合する。軸受輪６は、フィレット４にもたれて座り、端部キャップ８はジャーナル２の端面上へ延びる。実際には、軸受Ａは２つの摩擦輪１０の間に位置する。これら摩擦輪１０は、裏当て金６及び端部キャップ８と順次接触する。そして、構造全体は、端部キャップ８を通ってジャーナル２にネジこまれるキャップ・ネジ１２でジャーナル２上に保持される。ネジ１２は、端部キャップ８をジャーナル２の端面に向かって押し、こうして伝えられた力は、裏当て金６がもたれて座っているフィレット４において阻止される。この力は、摩擦輪１０の間に軸受Ａをきつくクランプする。
【０００９】
アダプタＣは、事実上、軸受Ａを収容するハウジングである。アダプタＣは、弧形の軸受座１４と、座１４の両端から下方へ延びるリブ１６と、を有する（図１）。軸受Ａは、軸受Ａが適合する座１４にもたれてフィットし、リブ１６はそれが軸方向にずれるのを防ぐ。しかし、軸受Ａは、アダプタＣの回転に対しては調和されたり又は何らかの固定が為されたりはしない。座１４は、１８０°未満の円周上に延在する。
【００１０】
軸受Ａは、内部レースである２つの円すい部２２と、外部レースであるダブルカップ２４と、円すい部２２とカップ２４との間に各円すい部２２周りに１つずつ２列に配置された転動体である円すいころ２６と、を有する（図２）。
【００１１】
円すいころ２６の各列は、その列の円すいころ２６間のスペースを適切に保つと共に、円すい部２２がカップ２４から取り除かれた時に該列用の円すい部２２周りに円すいころ２６を保持するケージ２８を有する。２つの円すい部２２は、２つの円すい部２２の間のスペースを占めるスペーサ・リング３０と同じように、ジャーナル２の周りにフィットする。カップ２４は、弧形の座１４にもたれて、リブ１６の間でアダプタＣ内にフィットする。
【００１２】
各円すい部２２は、軸Ｘと、軌道溝３２の大きい方の端部の推進リブ３４と、軌道溝３２の小さい方の端部の留めリブ３６と、から外側へ離れたところに与えられる。推進リブ３４は背面３８に向けて突き出ており、留めリブ３６は前面４０に向けて突き出ている。そして、両面３８、４０とも軸Ｘに対峙している。摩擦輪１０は、円すい部２２の背面３８を押圧して２つの円すい部２２を一緒に押し、それらの前面４０をスペーサ・リング３０の両端に押し付ける。したがって、スペーサ・リング３０は、２つの円すい部２２上の軌道溝３２間に所定の間隔を確立する。これら軌道溝３２は、スペーサ・リング３０へ向けて下方にテーパがついている。
【００１３】
ダブルカップ２４は、アダプタＣの軸受座１４と同じ曲率及び長さを有する外柱面４２を有する。柱面４２は、端面４４に対して突き出す。端面４４は、軸Ｘに関して四角とされ、カップ２４がアダプタＣ内で軸方向には動かないが円周方向には動くように軸受座１４の端部においてリブ１６に対向するように位置する。カップ２４は、その内部に、２つの円すい部２２上の軌道溝３２を囲むテーパが付いた軌道溝４６を有する。加えて、カップ２４は、その２つの軌道溝３２の間に仲介柱面４８を有する。それは、２つの円すい部２２の間にフィットするスペーサ・リング３０を囲む。軌道溝４６は、その大きい方の端部において、端部ボア５０内へ開き、端部ボア５０は、カップ２４の端面４４から外へ開く。端部ボア５０は、摩耗輪１０に沿って生の又は動的な流体バリアを確立するシール５２（図１）を受け入れる。
【００１４】
ころ２６は、対向する円すい部２２の軌道溝３２とカップ２４の軌道溝４６との間にフィットし、ころ２６のテーパが付いた側面と軌道溝３２及び４６との間には基本的に線接触が存在する。さらに、ころの大きい方の端面は、ころ２６が円すい部２２とカップ２４との間の環状スペースから追い出されないように、円すい部２２の推進リブ３４を押圧する。ころ２６は頂点に位置する。すなわち、一列のころ２６用の側面が位置する円すい状のエンベロープが、軸Ｘ上の共通点に頂点を有する。
【００１５】
車軸Ｂが回転すると、円すい部２２はカップ２４内で回転する。ころ２６は、円すい部２２の軌道溝３２及びカップ２４の軌道溝４６に沿って転がる。ころ２６は頂点に位置するため、ころ２６のテーパの付いた側面と軌道溝３２及び４６との間には純然たる転がり接触が存在し、軌道溝３２及び４６に沿って摩擦はほとんど発展しない。ころ２６の大きい方の端部は、推進リブ３４の面に沿ってスライドし、回転する。推進リブ３４は、軌道溝３２及び４６の間でころ２６の軸方向の位置を決め、ころ２６が追い出されるのを防ぐ。これら接触領域に潤滑油が足りなくなったり、表面の損傷を被ったりした場合、過剰な摩擦が発展し、それと共に軸受Ａの温度が上昇する。カップ２４はアダプタＣの回転に対して調和されているわけでも何らかの固定が為されているわけでもないため、ころ２６とカップ２４との間に存在する最小限の摩擦はカップ２４に対してわずかな増加した進歩を伝える。換言すれば、カップ２４はアダプタＣ内で円周方向にクリープする。
【００１６】
電源内蔵式センサ・ユニットＤは、軸受Ａ内の状態及び軸受Ａの作動特性に関する感知されたパラメータを表す電気信号を生成する。感知された信号を表すデータ又はパラメータ化された値は、例えば電磁波を用いた無線周波数（ＲＦ）信号伝送などのワイヤレス信号伝送を通じて、軸受Ａの外部に配置された遠隔受信機Ｅへ送信され、軸受Ａの状態を適切に評価するのに必要な情報を提供する。
【００１７】
センサ・ユニットＤは、軸受Ａに関する様々なパラメータを監視し、軸受Ａの作動特性及び状態を評価するのに役立つ情報を提供するように改良できる。軸受Ａ内の温度変数を検知することの利点は、既に述べた。さらに他の状態が監視されてもよい。例えば、ころ２６によって円すい部２２の軌道溝３２及びカップ２４の軌道溝４６上に掛けられる周期的負荷は、これら軌道溝３２及び４６に沿った破砕を導くかもしれない。軌道溝の破片が存在すると、作動中に軸受Ａによって生成された名目上周期的な過剰な振動がしばしば発生する。これら振動の検知及び評価は、軸受Ａの状態を診断するのに役立つ。ころ２６は、軌道溝３２及び４６に影響を与えるだけでなく、円すい部２２及びカップ２４に歪場を生成する。これら歪場は、周期的に変化し、速度や負荷などの有益な情報の発信源を表す。
【００１８】
電気パワを生成するために、本発明に係る電源内蔵式ワイヤレス・センサ・ユニットＤの好ましい実施形態は、スペーサ・リング３０の周りに均一な円周状の間隔を空けて配置された複数のティース５６（図３）を含むターゲット・ホイールと共に作動する。この構成において、ターゲット・ホイールは、車軸Ｂと共に回転し、センサ・ユニットＤはカップ２４に固定されたままである。ティース５６は、リング３０と一体化して形成され、スチール（ｓｔｅｅｌ）などの鉄金属（ｆｅｒｒｏｕｓ　ｍｅｔａｌ）から製造され、スペーサ・リング３０をターゲット・ホイールへ変換するのに役立つ。しかし、ティース５６は、スペーサ・リング３０にフィットする別のターゲット・ホイールの一部を形成してもよい。ティース５６の外側に向けて提示された表面は、軸Ｘを中心とした円を描く。
【００１９】
センサ・ユニットＤについてより具体的に検討すると、センサ・ユニットＤは、マウント・リング６０を有する（図３）。マウント・リング６０は、仲介面４８に対して射出成型されてもよいが、好ましくは、ポリマーから射出成型され、カップ２４の仲介面４８へとプレスされる。実際には、リング６０は、アルミニウムなどの他の非鉄金属から製造されてもよい。マウント・リング６０は、円筒状の構成の内表面６２を有する。ティース５６によって描かれた円と内表面６２との間にはギャップが存在する。リング６０は、電源６４と、複数のセンサ６６と、マイクロプロセッサ６８と、送信器７０と、を有する。これらすべては、マウント・リング６０内に埋め込まれ、センサ・ユニットＤの一部を形成する。
【００２０】
電源６４は、充電可能な電源であることが好ましい。センサ・ユニットＤは回転する軸受Ａと共に用いられるため、電磁誘導によって電気パワを生成することが好ましい。例えば、電源６４は、円周方向に連続して極が交互になるように配置された複数の固定された永久磁石を有する磁気コアを含む可変リラクタンス電磁発電機でもよい。電源６４は、更に、この磁気コアを囲む巻線も含む。この磁気コアは、巻線と、該磁気コアとスペーサ・リング３０上のすぐ近くのティース５６との間のエア・ギャップと、を通過する磁束を生成する。スペーサ・リング３０が回転すると、そのティース５６は、交互に極性が変わる極を通じて動き、巻線との磁束結合に変化をもたらし、巻線にわたる電圧を生じさせる。電源６４は、全波整流器と、巻線において生成された交流を直流に変換する電圧レギュレータと、を有する。
【００２１】
上記好ましい実施形態では電磁誘導を用いたが、他の形のパワ生成も採用できる。例えば、必要な電気エネルギを生成する別の方法は、圧電効果を利用することができる。より具体的には、軸受Ａが圧電性結晶（図示せず）上で作動するときの軸受Ａの振動性の動きは、電源として用いることができる。名目上、このような圧電性結晶は、取り付けられた地震性のマスと揃えられる。圧電性結晶マスが振動性の動きを経験すると、該結晶の周期的押圧が圧電効果によって周期的電圧を生成する。この周期的電圧は、キャパシタを充電するのに用いることができる。このキャパシタは、一旦充電されると、上述の電子回路にパワを供給する。上記好ましい実施形態のセンサ・ユニットＤは通常はカップ２４の軌道溝４６の間である軸受Ａの領域内に配置されたが、センサ・ユニットＤの場所は用いられる具体的な用途に適合するように変えることが可能であることは明らかである。例えば、センサ・ユニットＤは、所望であれば、軸受Ａの外部に配置することも可能である。この構成において、センサ・ユニットＤは、ダブルカップ２４の外表面４２上にマウントされるのが好ましい。センサ・ユニットＤは、この場所では、スペーサ・リング３０上にマウントされたターゲット・ホイールから速度を検知したり、パワを生成したりできないが、他のパラメータは感知することができる。このような構成における電源６４は、バッテリであるか、或いは圧電発電を利用するものであることが好ましい。
【００２２】
センサ６６は、軸受Ａの作動状態を監視し、軸受Ａにおける状態を表す信号を生成する。好ましい実施形態においては、１つのセンサ６６が、温度を監視し、マウント・リング６０の温度を表す信号を生成する。そして、別のセンサ６６は、加速度計の形を採り、振動を感知して、振動の存在だけでなくその周波数及び大きさの区別も可能にする信号を生成する。更に別のセンサ６６が、カップ２４のひずみを測定してもよい。所望であれば、例えば、アコースティック・エミッション、導電性分析又は化学的分析による潤滑油分析、変位センサなどの他の作動状態を監視する他のセンサがセンサ・リングＤに含まれてもよい。
【００２３】
電源６４、センサ６６、プロセッサ６８、及び送信器７０は、すべて、リング６０内に埋め込まれたワイヤによって電気的に接続される。これらのワイヤを通じて、プロセッサ６８及び送信器７０は、自身の作動に必要な電気エネルギを得る。プロセッサ６８は、更に、複数のセンサ６６と通信する。センサ６６、電源６４、送信器７０、及びプロセッサ６８は、それぞれ、ワイヤによって相互接続された個別のモジュールであってもよい。別の方法として、これら構成要素は、すべて、リング６０にマウントされた単一のプリント回路基板上にインストールされてもよい。
【００２４】
プロセッサ６８は、センサ６６から受信した信号を処理すると共に、感知された信号を表すデータを送信器７０へ伝達する。プロセッサ６８は、センサ６６から受信した信号を評価するようにプログラムすることが可能であり、センサ６６のいずれか一からの信号が軸受Ａの異常な状態又は劣化した状態を表す場合には警告信号を生成する。この警告信号は、送信器７０によって受信機Ｅへ送信される。このように軸受レベルにおける自発的なアラーム状態も可能であるが、受信機Ｅ側においてアラーム状態の判断が為されてもよいことに注意。電源６４に接続されたプロセッサ６８は、更に、角速度を反映した信号を生成する。送信器７０は、プロセッサ６８からの信号を無線周波数へ変換し、それらを同じくリング６０内に埋め込まれたアンテナから電磁波として放射する。ゆえに、このアンテナもカップ２４の領域内に位置し、カップ２４はそれを収容するための特殊な変更を何ら必要としない。好ましい実施形態の送信器７０は、スペクトラム拡散変調が可能で、ＦＣＣ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　Ｐｏｒｔ　１５．２４７で許可されている１ワットを上限とした放射電力レベルを提供するマイクロ電子送信器である。
【００２５】
受信機Ｅは、センサ・リングＤ用の送信器７０の無線周波数に合わせられ、送信器７０によって生成された信号を受信する。受信機Ｅは、更に、該信号を処理してもよい。
【００２６】
好ましい実施形態においてセンサ６６が監視する状態の１つは温度である。既述のように、軸受Ａに適切な潤滑が欠ければ、主としてころ２６の大きい方の端面が円すい部２２の推進リブ３４に沿って滑り回転するところに過剰な摩擦が生じ、このより大きな摩擦が軸受Ａの温度を上げる。温度センサ６６は、この上昇を記録し、プロセッサ６８はこの感知された温度を表すデータを送信器７０を通じて受信機Ｅへ送信する。本発明の一実施形態において、プロセッサ６８は、感知された温度が所定の大きさを超えた場合を検知し、送信器７０が受信機Ｅへ送る警告信号を生成するようにプログラムされてもよい。
【００２７】
軸受Ａの急速且つ過剰な温度上昇をもたらし得る別の状況は、軸受Ａの極度の劣化の結果として起こる。この劣化により、１以上のころ２６又はケージ２８が、軌道溝４６及び３２の間に留まるようになり、ころ２６の意図された転がる動きを有効に終わらせる。このような状況では、ころ２６がカップ軌道溝４６上又は円すい部軌道溝３２上を滑り始め、その摩擦が軸受温度を上昇させる。より厳しい状況では、影響を受けた円すい部２２及びカップ２４が急に止まり、円すい部２２がジャーナル２上を滑る。滑る動きの種類に関わらず、滑り接触間に生じる摩擦は、軸受Ａの温度の急激な上昇をもたらし、温度センサ６６がこの温度上昇を検知する。再び、このようなセンサ６６によって検知される温度上昇は、プロセッサ６８及び送信器７０を通じて受信機Ｅへ伝達される。
【００２８】
上述のように、１以上の軌道溝３２及び４６に沿った又は１以上のころ２６のテーパの付いた側面に沿った破砕は、軸受Ａにおいて、軸受Ａの作動で通常認められる振動を超える振動を生じさせる。１つのころ２６上のひび又は平坦部分も同様である。好ましい実施形態において、振動センサ６６（実際には加速度計）はこれら振動を記録し、プロセッサ６８は振動センサ６６によって生成された振動信号を取得する。取得された振動信号又はそのパラメータ化された表示は、送信器７０を通じて受信機Ｅへ伝達される。本発明の一実施形態において、プロセッサ６８は、取得された振動信号が所定の大きさを越えた場合を認識するようにプログラムすることができる。この状況では、プロセッサ６８は、送信器７０を通じて受信機Ｅへ伝達された過剰な振動を反映した警告信号を生成する。しかし、好ましい実施形態において、このアラーム状態の判断は、軸受レベルで行われず、受信機Ｅ側においてプロセッサによって為される。
【００２９】
カップ２４におけるひずみは、カップ２４上のころ２６によって掛けられた負荷を反映するため、軸受Ａが受けている負荷の大きさを表す。カップ２４の仲介面４８へ接着され、リング６０に埋め込まれた好ましい実施形態に係るひずみセンサ６６は、このようなひずみを測定し、該ひずみの大きさを反映した信号を生成する。この信号はプロセッサ６８へ伝達され、プロセッサ６８は、送信器７０を通じて受信機Ｅへ送信するための上記測定されたひずみを表すデータを生成する。
【００３０】
回転するスペーサ・リング３０上のティース５６は、リング６０に埋め込まれた電源６４に電気的ポテンシャルを生じさせ、このポテンシャルは、性質上、交互に変わる。その周波数は、円すい部２２の角速度及び車軸Ｂの角速度を反映する。プロセッサ６８は、この周波数を角速度へ変換し、送信器７０は、いつでも、この角速度を表す信号を生成する。これらの信号は、次いで、送信器７０によって遠隔受信機Ｅへ送られる。
【００３１】
この点について、車軸Ｂ上のホイールに備えられたブレーキが解除され損ねた場合、鉄道は列車の一部として動かされるため、車軸Ｂは回転しないか、或いは鉄道の他の車軸より低い速度でしか回転しない。このホイールにおける軸受Ａ用の送信器７０によって生成された速度信号は、この低減した速度を反映する。
【００３２】
磁石及び巻線の代わりに、電源６４は、長寿命パッテリの形を採ってもよく、或いは、磁石、巻線、及び整流器と共に、車軸Ｂが静止している時にプロセッサ６８及び送信器７０に動力を供給する電気エネルギを提供するバッテリを有してもよい。この点について、電力を保存するために、プロセッサ６８は、所定期間（例えば、数時間）回転が感知されなかった場合、実際に自身の電源を切り、単にセンサ・ユニットＤが依然として機能していることを示すために周期的に稼動されるのみである。車軸Ｂが一旦回転を始めると、プロセッサ６８は、電源６４から得られた信号によって再稼動し、自身のエネルギを電源６４の巻線において生じた起電力から得る。
【００３３】
送信器７０用のアンテナは全体的にカップ２４の領域内に位置しているにもかかわらず、それが生成する信号は、カップ２４から漏れ、受信機Ｅによってピックアップされる。しかし、放射アンテナが自由空間へのアクセスを持っているとき、より強い信号が軸受Ａから発せられる。その結果、カップ２４は、仲介面４８においてカップ２４の内側に向けて開放するようにカップ２４の両端の間に配置された２以上の放射方向に向いたボア７６（図４）を含んでもよい。図４に示すカップ２４は、その両端間の中央に配置された２つのボア７６を有する。これら２つのボア７６は、一方がアダプタｃの軸受座１４によって覆われた時に、他方がアダプタＣを越えて露出するように、約１８０°の間隔を空けて配置されている。各ボア７６は、ＲＦ放射器（すなわち、アンテナ）７８と、放射器７８が埋め込まれたポッティング・コンパウンド（ｐｏｔｔｉｎｇ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ）８０と、を有する。
【００３４】
改良された軸受Ｆ（図５）は、軸受Ａと非常に類似しており、したがって、２つの円すい部２２と、円すい部２２を囲むダブルカップ２４と、円すい部２２上の軌道溝３２とカップ２４上の軌道溝４６との間に２列に並べられたテーパの付いたころ２６と、を有する。２つの円すい部２２は、その周囲に沿ってティース５６を有するスペーサ・リング３０によって分離されている。
【００３５】
軸受Ｆのカップ２４は軌道溝４６の小さい方の両端の間に配置されたリブ８６を有する点で、軸受Ｆは軸受Ａと異なる。リブ８６は、軌道溝４６を
越えてスペーサ・リング３０へ向かって内側へ延びるが、リング３０上のティース５６とは干渉しない。リブ８６は、カップ２４の全円周上に広がり、スペーサ・リング３０へ向かったカップ２４の外へ開いた溝８８を有する。溝８８も、同様に、カップ２４の全円周上に広がる。
【００３６】
溝８８は、電源６４と、軸受Ｆの作動状態を表す信号を生成する複数のセンサ６６と、プロセッサ６８と、無線送信器７０と、を有する（図６）。軸受Ｆ用の送信器７０は、カップ２４の貫いて延び、カップ２４の外表面近くに位置するＲＦ放射器８０に接続されている。
【００３７】
軸受Ａ用のマウント・リング６０は、スペーサ・リング３０と、カップ２４の軌道溝４６の間のティース５６との上に配置できる。同様に、軸受Ｆ用のリブ８６及び溝８８は、スペーサ・リング３０と、当然、電源６４、センサ６６、プロセッサ６８、及び送信器７０との上に配置できる。
【００３８】
別の改良された軸受Ｇ（図７）は、外部レースではなく、その内部レースが単一であり、単一の内部レースが、電源６４、センサ６６、プロセッサ６８、送信器７０、及びＲＦ放射器７８を載せている。この実施形態において、内部レース又は外部レースのいずれかは、意図された使用に応じて回転することができる。より具体的に述べれば、軸受Ｇは、単一又は二重の円すい部１０２の形をした内部レースと、２つのカップ１０４の形をした外部レースと、円すい部１０２とカップ１０４との間に２列に並べられたテーパの付いたころ１０６の形をした転動体と、を有し、ケージ１０８はころ１０６にフィットし、スペーサ・リング１１０は２つのカップ１０４の間に配置される。テーパの付いたころ１０６は、まっすぐに整えられる。すなわち、互いに向けて提示された２つの列に対してころ１０６の大きい方の端部が揃えられる。
【００３９】
円すい部１０２は、軌道溝１１２を分ける推進リブ１１４へつながるテーパの付いた軌道溝１１２を有する。軌道溝１１２は、リブ１１４において、最大直径を有する。軌道溝１１２の反対の又は小さい直径において、円すい部１１２は、軸Ｘについて四角とされ、円すい部１０２の端部を形成する端面１１８へ引き出す保持リブ１１４を有する。リブ１１４は、軸Ｘから離れて外側へ開く溝１２０を有する。円すい部１０２は、その内面すなわち円すい部ボアに沿って、軸方向溝１２０を有する。この軸方向溝１２０の一端はリブ１１４の円周状の溝１１８とつながっている。軸方向溝１２０は、端面１１８の一方へと延びる。
【００４０】
各カップ１０４は、軸Ｘへ向けて内側へ提示され、背面１２６と前面１２８との間に位置するテーパが付いた軌道溝１２４を有する。ここで、背面１２６は、軌道溝１２４の小さい方の端部にあり、前面１２８は、軌道溝１２４の大きい方の端部にある。背面１２６は、軸受Ｇの端部を形成し、前面１２８はスペーサ・リング１１０と境を接する。２つのカップ１０４は、円すい部１０２上で異なる軌道溝１１２を囲むため、各円すい部を越えても、軌道溝１１２はカップ軌道溝１２４のままである。
【００４１】
テーパの付いたころ１０６は、円すい部軌道溝１１２とカップ軌道溝１２４との間の環状の空間を占め、よって２列に配列されている。各列は、自身のケージ１０８を有する。ケージ１０８は、その列のころ１０６間の適切なスペースを維持する。ころ１０６のテーパが付いた側面は、軌道溝１１２及び１２４と接触するため、ころ１０６の大きな方の端面は円すい部１０２の両端の間で推進リブ１１４を押圧する。２つの列のころ１０６は頂点上にある。スペーサ・リング１１０の幅は、カップ軌道溝１２４間のスペースを制御し、ゆえに軸受Ｇ用のセッティングを制御する。
【００４２】
推進リブ１１４の溝１２０は、電源６４、センサ６６、プロセッサ６８、及び送信器７０を有する。実際、送信器は、溝１２０を貫いて延びるＲＦ放射器７８のすぐ外側に位置する。軸受Ｇ用の電源６４はバッテリの形を採るが、様々なリラクタンス電磁発電機の形も採り得る。リラクタンス電磁発電機は、作動するのに、スペーサ・リング３０に搭載されたティースを必要とする。ここで、これらティースは、軸受Ａのスペーサ・リング３０上のティースと同様のものである。
【００４３】
軸受Ｇは、軸受Ａ及びＦと異なり、回転構成要素において、すなわち単一の円すい部１０２において、状態を感知する。
【００４４】
更に別の改良された軸受Ｈ（図８）は、電源６４、センサ６６、プロセッサ６８、及び送信器７０が内部レース、すなわち単一又は二重の円すい部１０２に搭載されており、内部レース又は外部レースのいずれかが車軸が回転すると回転するという点で軸受Ｇと非常に類似している。しかしながら、円すい部１０２上の推進リブ１１４がより幅広く、溝１２０が無い。マウント・リング６０のように、リング１３０は、ポリマー又は非鉄金属から作られ得る。電源６４、センサ６６、プロセッサ６８、及び送信器７０は、すべて、リング１３０内に埋め込まれる。電源６４が様々なリラクタンス電磁発電機６４の形を採る場合、カップ１０４を分けるスペーサ・リング１１０は、ティース１３２を発電機６４によって生成された磁束を遮断するターゲット・ホイールへと変えるべきである。
【００４５】
以上、軸受Ａ、Ｆ、Ｇ、及びＨを鉄道の一部として説明したが、軸受Ａ、Ｆ、Ｇ、及びＨは他の機器でも同様に使用できる。例えば、それらは、トラックの車軸上で用いられてもよく、ミル・ロールを支持するのに用いられてもよい。他の例として、軸受Ｆ、Ｇ、及びＨは、鉄道の代わりに機関車においても用いることができる。
【００４６】
本発明は、開示目的でここに選ばれた本発明の例の本発明の意図及び範囲を逸脱することのないすべての変更及び修正を含むことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に従って構築され、鉄道のジャーナル及びアダプタに適合するように本発明を実施した場合の軸受の部分的に切り取られた斜視断面図である。
【図２】
上記軸受の縦断面図である。
【図３】
図２のライン３−３に沿って切った横断面図である。
【図４】
アンテナを収容できるようにそのカップが改良された軸受の横断面図である。
【図５】
本発明を実現した軸受の変形例の断面図である。
【図６】
上記変形例用のダブルカップの部分的に切り取られた斜視断面図である。
【図７】
本発明に係る軸受の別の変形例の部分的に切り取られた立体断面図である。
【図８】
本発明に係る軸受の更に別の変形例の断片的な断面図である。
【国際公開パンフレット】
2004502100.tif 000003
2004502100.tif 000004
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2004502100.tif 000032
2004502100.tif 000033
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004502100.tif 000034
2004502100.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成14年7月23日(2002.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸回りの回転を容易にする転がり軸受であって、
前記軸から離れて外側へ提示された軌道溝を有する内部レースと、
前記軸へ向けて内側へ提示され、前記内部レースの軌道溝を囲む軌道溝を有する外部レースと、
両レースの軌道溝の間に１列に配置された転動体と、
前記外部レースの軌道溝に隣接して該外部レース内に弧状に配置され、よって該外部レースによって囲まれた複数の構成要素を有する検出装置と、を有し、
前記弧状の構成要素群の少なくとも一は、前記軸受の作動状態を検知することが可能であり、
前記検出装置は、電気エネルギを生成することが可能であり、
前記検出装置は、前記外部レースに搭載され、前記生成された電気エネルギで作動し、前記検知された作動状態を表す無線周波数信号を生成する無線送信器を更に有する、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
請求項１記載の転がり軸受であって、
前記電気エネルギは電磁誘導によって生成されることを特徴とする転がり軸受。
【請求項３】
請求項２記載の転がり軸受であって、
前記弧状の構成要素群は、前記電気エネルギを生成する電源と、前記作動状態を検知するセンサと、を有することを特徴とする転がり軸受。
【請求項４】
請求項２記載の転がり軸受であって、
前記検出装置は、前記内部レースに対して固定された位置にマウントされ、前記２つのレースの間に相対的な回転が生じた時に前記電源に電気エネルギを生成させるホイールを有することを特徴とする転がり軸受。
【請求項５】
請求項３記載の転がり軸受であって、
前記無線送信器は前記弧状に配置された構成要素群の中の１つであることを特徴とする転がり軸受。
【請求項６】
請求項１記載の転がり軸受であって、
前記弧状に配置された構成要素群は前記外部レースに配置されたリングに搭載されることを特徴とする転がり軸受。
【請求項７】
請求項１記載の転がり軸受であって、
前記検出装置は角速度を反映した信号を生成することを特徴とする転がり軸受。
【請求項８】
請求項３記載の転がり軸受であって、
前記センサは温度に反応し、前記検出装置は温度を反映した信号を生成することを特徴とする転がり軸受。
【請求項９】
請求項３記載の転がり軸受であって、
前記センサは振動に反応し、前記検出装置は振動を反映した信号を生成することを特徴とする転がり軸受。
【請求項１０】
請求項４記載の転がり軸受であって、
前記電源は磁場を生成し、
前記ホイールは該磁場を破壊する、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項１１】
請求項１０記載の転がり軸受であって、
前記ホイールはティースを有することを特徴とする転がり軸受。
【請求項１２】
請求項５記載の転がり軸受であって、
前記外部レースは前記軸と前記センサとに向けて開いた溝を有し、
前記無線送信器及び前記電源は前記溝内に配置される、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項１３】
請求項１記載の転がり軸受であって、
前記外部レース上の軌道溝は、２つの外部軌道溝のうちの１つであり、
前記内部レース上の軌道溝は、２つの内部軌道溝のうちの１つであり、
前記弧状に配置された前記検出装置の構成要素群は、前記外部レースの２つの軌道溝の間に配置される、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項１４】
請求項１３記載の転がり軸受であって、
前記外部レースは単一体であり、
前記内部レースは分解可能な複数の構成要素を有し、
各構成要素はその上に前記内部軌道溝のうちの１つを有する、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項１５】
請求項１３記載の転がり軸受であって、
前記無線送信器は前記弧状に配置された構成要素群のうちの１つであることを特徴とする転がり軸受。
【請求項１６】
請求項１４記載の転がり軸受であって、
前記電源は磁場を生成し、
前記検出装置は、前記内部レースの２つの構成要素の間に配置され、前記内部レースに対して所定の位置に固定されたスペーサ・リングを有し、
該スペーサ・リングは、前記電源に向けて延び、該電源に極めて接近して位置するティースを有し、
該ティースは、前記両レース間に相対的な回転が生じた時に前記電源によって生成される磁場を貫き、破壊する、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項１７】
請求項１６記載の転がり軸受であって、
前記送信器は前記外部レースの領域内に配置されたアンテナを有することを特徴とすることを特徴とする転がり軸受。
【請求項１８】
請求項１６記載の転がり軸受であって、
前記外部レースは、該外部レースの内部へ開いた、円周方向に間隔が空けられた少なくとも２つのボアを有し、
前記送信器は、前記ボア内に配置されたアンテナを有する、することを特徴とする転がり軸受。
【請求項１９】
請求項１８記載の転がり軸受であって、
前記外部レースの外表面が押圧する弧状の座を有するハウジングを更に有し、
前記座の長さ及び前記ボア間の円周方向の間隔は、前記座が両ボアを覆うことができないように定められる、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２０】
軸回りの回転を容易にする転がり軸受であって、
前記軸から離れて外側へ提示された軌道溝を有する内部レースと、
前記軸へ向けて内側へ提示され、前記内部レースの軌道溝を囲む軌道溝を有する外部レースと、
両レースの軌道溝の間に１列に配置された転動体と、
前記内部レースの軌道溝に隣接して該内部レースの周囲に弧状に配置され、複数の構成要素を有する検出装置と、を有し、
前記弧状の構成要素群の少なくとも一は、前記軸受の作動状態を検知することが可能であり、
前記検出装置は、電気エネルギを生成することが可能であり、
前記弧状の構成要素群の別の一は、前記生成された電気エネルギで作動し、前記検知された作動状態を表す無線周波数信号を生成する無線送信器である、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２１】
請求項１６記載の転がり軸受であって、
前記信号に反映された作動状態は角速度であることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２２】
請求項１６記載の転がり軸受であって、
前記内部レースは単一体であり、
前記外部レースは分解可能な複数の構成要素を有し、
各構成要素はその上に前記軌道溝のうちの１つを有する、ことを特徴とする転がり軸受。
【国際調査報告】
2004502100.tif 000036
2004502100.tif 000037
2004502100.tif 000038