JP2009507244A

JP2009507244A - Load detection bearing

Info

Publication number: JP2009507244A
Application number: JP2008530137A
Authority: JP
Inventors: マクディアモン，グラハム
Original assignee: Timken Co
Current assignee: Timken Co
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2009-02-19
Also published as: EP1922495A1; WO2007030461A1

Abstract

適用される力とモーメントに応じて適用構造１０６に対してベアリングアウターレース又はカップ１０２の限定された範囲の変位及び／又は回転を可能とする複数の異方性スプリング領域１１２を組み合わせたフランジアセンブリ１０４で適用構造１０６に固定されたベアリングアウターレース又はカップ１０２を含む荷重検出ベアリングアセンブリ１００。ベアリングアウターレース又はカップ１０２及びフランジアセンブリ１０４が配置された１セットのセンサーモジュール１１６は、測定結果を得て、それによりベアリングアウターレース又はカップ１０２にかかる半径方向の力、推力、傾斜モーメントを決定することができる。 A flange assembly 104 that combines a plurality of anisotropic spring regions 112 that allow a limited range of displacement and / or rotation of the bearing outer race or cup 102 relative to the application structure 106 depending on the applied forces and moments. A load sensing bearing assembly 100 that includes a bearing outer race or cup 102 secured to an application structure 106. A set of sensor modules 116 in which the bearing outer race or cup 102 and flange assembly 104 are arranged obtains the measurement results and thereby determines the radial force, thrust and tilting moment on the bearing outer race or cup 102. be able to.

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２００５年９月６日に提出された米国特許出願第１１／２１９，９３３号及び２００５年１０月２１日に提出された米国特許出願第６０／７２９，１５４号について優先権を主張する。 (Cross-reference of related applications)
This application claims priority to US patent application Ser. No. 11 / 219,933, filed Sep. 6, 2005, and US Patent Application No. 60 / 729,154, filed Oct. 21, 2005. .

本発明は、概してベアリングに関し、特に、ベアリング荷重を監視する装置が使用する応答信号を提供するために、適用される力とトルクを監視するセンサーを用いて設定されているベアリングアセンブリに関する。 The present invention relates generally to bearings, and more particularly to a bearing assembly that is configured with a sensor that monitors applied force and torque to provide a response signal for use by a device that monitors the bearing load.

本発明のベアリングアセンブリは、車両力学制御システム（車両安定制御システム）、車両転覆防止システム、タイヤインテグリティ（tire-integrity）監視システム、道路状況監視システム及び車両サスペンション制御システムなど様々な用途において、ベアリングの半径方向力、推力、傾斜モーメント、回転速度及び温度の測定に用いて良い。 The bearing assembly of the present invention is used in various applications such as a vehicle dynamics control system (vehicle stability control system), a vehicle rollover prevention system, a tire-integrity monitoring system, a road condition monitoring system, and a vehicle suspension control system. It can be used to measure radial force, thrust, tilting moment, rotational speed and temperature.

様々な用途において、運転中のベアリングアセンブリにかかる荷重や荷重の種類は、ベアリングやベアリングアセンブリに付属した物についての重要な情報を提供できる。例えば、自動車業界では、電気信号の形態での、ベアリング荷重情報が、車両の運転状況を監視するための車両力学制御（ＶｅｈｉｃｌｅＤｙｎａｍｉｃｓＣｏｎｔｒｏｌ：ＶＤＣ）システムに利用され、当該システムが、車輪に与えるトルクを制御できるようにしている。米国特許第５，１４０，８４９号においてフジタらにより開示された転がりベアリングは、ベアリングに適用される一般的な荷重を監視するために二つのひずみゲージを利用している。しかし、当該フジタらのベアリングアセンブリは、圧延装置産業や工作機械工業において高水準なＶＤＣ電気システムやプロセッサ制御システムにより要求される多面的なデータを提供することができない。 In various applications, the load and type of load on the bearing assembly during operation can provide important information about the bearing and the items attached to the bearing assembly. For example, in the automotive industry, bearing load information in the form of electrical signals is used in a Vehicle Dynamics Control (VDC) system for monitoring the driving situation of the vehicle, and the torque applied to the wheels by the system. Can be controlled. The rolling bearing disclosed by Fujita et al. In US Pat. No. 5,140,849 utilizes two strain gauges to monitor common loads applied to the bearing. However, the Fujita et al. Bearing assembly cannot provide the multi-faceted data required by high-level VDC electrical systems and processor control systems in the rolling mill and machine tool industries.

ヨシカワらの米国特許第４，７４８，８４４号には、自動車産業に関連し、主車輪が取り付けられたハブに固定された複合要素荷重セル組織（cell structure）からなる、荷重検出装置が開示されている。当該荷重セル組織は、前記車輪の前記タイヤとともに回転するように取り付けられている。しかしながら、ヨシカワらの米国特許第４，７４８，８４４号に開示されている装置は、高水準なＶＤＣ電気装置や他のその様な監視装置を適切に機能させるのに必要とされる全ての荷重や全てのトルクを示す信号を提供することができない。特に、前記装置は、前記車輪の回転する軸に対して垂直な、一つの面のみにおいてひずみゲージを用いている。結果として、当該装置の当該ひずみゲージからの信号は、車の横滑りや転がりを引き起こす傾向のある前記力を検出することができない。 Yoshikawa et al., U.S. Pat. No. 4,748,844, discloses a load sensing device that relates to the automotive industry and consists of a composite element load cell structure secured to a hub to which the main wheels are attached. ing. The load cell structure is attached to rotate with the tire of the wheel. However, the device disclosed in U.S. Pat. No. 4,748,844 to Yoshikawa et al. Does not support all the loads required for proper functioning of high-level VDC electrical equipment and other such monitoring devices. And a signal indicating all torques cannot be provided. In particular, the device uses strain gauges in only one plane perpendicular to the axis of rotation of the wheel. As a result, the signal from the strain gauge of the device cannot detect the force that tends to cause the vehicle to skid or roll.

鉄鋼生産業では、鉄鋼圧延工場では、鉄鋼圧延プロセスにおけるローラーに関連した速度や荷重を操作するために電気的処理及び制御が利用されている。具体的には、圧延は、ローラーのベルト滑りの兆候や特定のローラーの組に高い荷重やトルクがかかっている兆候に関するベアリングのフィードバック（feedback）が必要である。 In the steel industry, steel mills use electrical processing and control to manipulate the speed and load associated with the rollers in the steel rolling process. Specifically, rolling requires bearing feedback regarding signs of roller belt slip and signs of high load and torque on a particular set of rollers.

同様に、工作機械産業では、プログラマブルコントローラー（programmable controller）やプロセッサが、様々な圧延機械、切断機械、及びボール盤の支軸（spindle）に関連した速度や荷重を監視し、制御する。コンピューター制御された工作機械は、切断機械やボール盤の動作が鈍くなっていないか又は切断や穴開けの力、トルク及び速度が設定された適切な研削作業の限界を超えていないかを評価するために、支軸を支えるベアリングにかかる力やトルクの量を監視する。 Similarly, in the machine tool industry, programmable controllers and processors monitor and control speeds and loads associated with various rolling machines, cutting machines, and drilling spindles. Computer controlled machine tools to assess whether the cutting machine or drilling machine is slowing down or that the cutting, drilling force, torque and speed have not exceeded the limits of appropriate grinding operations set. In addition, the amount of force and torque applied to the bearing supporting the spindle is monitored.

以下に示す詳細な説明は例示であり、本発明を限定するものではない。この記載は、当業者が本発明を理解し利用できるようにするものであり、本発明を実施するための最良の形態と現在考えられるものを含め、本発明のいくつかの実施形態、適応、変化、代案及び使用を示す。 The following detailed description is exemplary and is not intended to limit the invention. This description is intended to enable those skilled in the art to understand and use the present invention and includes a description of some embodiments, adaptations, and the like, including what is presently considered to be the best mode for carrying out the invention. Show changes, alternatives and uses.

図１Ａ及び１Ｂは、本発明の一般的な荷重検出ベアリングアセンブリ１００を示している。荷重検出ベアリングアセンブリ１００は、通常、インナーレース又はコーン（図示せず）及び転動体（図示せず。これらに限定されないが、テーパー状、円筒状、玉状、針状や球面状などいずれの転動体であってもよい）を支持するように構成される。荷重検出ベアリングアセンブリ１００は、Ｙ軸周りにどの方向も向くことができるベアリングアウターレース又はカップ１０２、及び、フランジアセンブリ１０４の対応するボルト穴１１０に固定された適当な数の取り付けボルト１０８で、ベアリングアウターレース又はカップ１０２を適用構造１０６に取り付けるためのフランジアセンブリ１０４を含む。典型的なベアリング構造は、ベアリングアセンブリ製品のＵＮＩＰＡＣ−及びＴＳ−型であり、オハイオ州、キャントンのティムケンカンパニーにより販売されている。当業者は、本発明を適用構造にベアリングアウターレース又はカップのような外部構造が固定された多様なベアリングタイプや形態に利用してもよいことがわかるだろう。 1A and 1B illustrate a general load sensing bearing assembly 100 of the present invention. The load detection bearing assembly 100 is typically an inner race or cone (not shown) and a rolling element (not shown, but not limited to a tapered shape, a cylindrical shape, a ball shape, a needle shape or a spherical shape). It may be a moving object). The load sensing bearing assembly 100 is a bearing outer race or cup 102 that can be oriented in any direction about the Y axis, and a suitable number of mounting bolts 108 secured to corresponding bolt holes 110 in the flange assembly 104. A flange assembly 104 for attaching the outer race or cup 102 to the application structure 106 is included. Typical bearing structures are the UNIPAC- and TS-types of bearing assembly products, sold by Timken Company, Canton, Ohio. Those skilled in the art will appreciate that the present invention may be utilized with a variety of bearing types and configurations in which the outer structure such as a bearing outer race or cup is secured to the application structure.

フランジアセンブリ１０４は、環状内フランジ１０４Ａ及び環状外フランジ１０４Ｂからなり、該環状内フランジ１０４ａ及び環状外フランジ１０４ｂは、環状フランジ１０４ａ及び１０４ｂ間に配置されこれらを結合する、１セットの環状に配置された異方性スプリング領域１１２によって結合されている。当業者は、環状内フランジ１０４ａは、ベアリングアウターレース又はカップ１０２と一体化して形成されても良く、対応して、環状外フランジ１０４ｂは、適用構造１０６と一体化して形成されても良いことが分かるだろう。 The flange assembly 104 includes an annular inner flange 104A and an annular outer flange 104B, and the annular inner flange 104a and the annular outer flange 104b are arranged in a set of rings arranged between and connecting the annular flanges 104a and 104b. Are coupled by anisotropic spring regions 112. Those skilled in the art will appreciate that the annular inner flange 104a may be integrally formed with the bearing outer race or cup 102 and correspondingly the annular outer flange 104b may be integrally formed with the application structure 106. You will understand.

図１Ａに示す様に、４つの等間隔に配置された異方性スプリング領域１１２が、環状内フランジ１０４ａと環状外フランジ１０４ｂ間に配置されて描かれているが、本発明の範囲内であればより多く又は少なくしても良い。異方性スプリング領域１１２間に配置された空隙１１４は、異方性スプリング領域１１２の変形を容易にし、環状外フランジ１０４ｂと適用構造１０６に対するベアリングアウターレース又はカップ１０２と環状内フランジ１０４ａの限定された範囲の変位及び／又は回転を可能とする。基本的に、ベアリングアウターレース又はカップ１０２と環状内フランジ１０４ａは、環状外フランジ１０４ｂ内にぶら下がっており、そのため、ベアリングアウターレース又はカップ１０２内に支持された転動体からベアリングアセンブリ１００に適用される力及び／又はモーメントは、ベアリングアウターレース又はカップ１０２を環状外フランジ１０４ｂと適用構造１０６に対して、変位及び／又は回転させる。 As shown in FIG. 1A, four equally spaced anisotropic spring regions 112 are depicted disposed between the annular inner flange 104a and the annular outer flange 104b, but within the scope of the present invention. More or less may be used. The air gap 114 disposed between the anisotropic spring regions 112 facilitates deformation of the anisotropic spring region 112 and limits the bearing outer race or cup 102 and annular inner flange 104a to the annular outer flange 104b and application structure 106. Allow a wide range of displacement and / or rotation. Basically, the bearing outer race or cup 102 and the annular inner flange 104a are suspended within the annular outer flange 104b and are therefore applied to the bearing assembly 100 from rolling elements supported within the bearing outer race or cup 102. Forces and / or moments cause the bearing outer race or cup 102 to be displaced and / or rotated relative to the annular outer flange 104b and the application structure 106.

当業者は、異方性スプリング領域は、多様な形状や材料により構成されていても良く、以下に示す様々な実施形態の様な形態でも良く、また、ウェブ（web）や弾性材料を含んでいても良いことが分かるだろう。各異方性スプリング領域の働きは、上述したように環状外フランジ１０４ｂと支持する適用構造１０６に対するベアリングアウターレース又はカップ１０２と環状内フランジ１０４ａの、限定された範囲の変位及び／又は回転を可能にすることである。 Those skilled in the art will recognize that the anisotropic spring region may be constructed from a variety of shapes and materials, may be in the form of various embodiments described below, and may include webs and elastic materials. You will see that it is okay. The action of each anisotropic spring region allows a limited range of displacement and / or rotation of the bearing outer race or cup 102 and annular inner flange 104a relative to the annular outer flange 104b and supporting application structure 106 as described above. Is to do.

環状外フランジ１０４ｂと適用構造１０６に対するベアリングアウターレース又はカップ１０２と環状内フランジ１０４ａの変位及び／又は回転を測定し監視するために、空隙１１４を越えて１セットのセンサーモジュール１１６が配置され、環状内フランジ１０４ａを環状外フランジ１０４ｂに結合している。各センサーモジュール１１６は、センサーモジュール１１６のセットが全体として、適用される力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）及びモーメント（Ｍｘ及びＭｚ）を代表する測定結果を提供できるように、変位、回転、又はひずみの測定が可能な、少なくとも１つのセンサーユニットを含む。異方性スプリング領域１１２により提供される変形の量は、センサーモジュール１１６が、測定しようとする特定の適用された力及び／又はモーメントを検出及び測定できる量でなければならない。 In order to measure and monitor the displacement and / or rotation of the bearing outer race or cup 102 and the annular inner flange 104a with respect to the annular outer flange 104b and the application structure 106, a set of sensor modules 116 is arranged beyond the gap 114 and annular. The inner flange 104a is coupled to the annular outer flange 104b. Each sensor module 116 is displaced, rotated, or strained so that the set of sensor modules 116 as a whole can provide measurement results representative of applied forces (Fx, Fy, Fz) and moments (Mx and Mz). Including at least one sensor unit capable of measuring The amount of deformation provided by the anisotropic spring region 112 must be such that the sensor module 116 can detect and measure the particular applied force and / or moment to be measured.

センサーモジュール１１６は、状態監視などベアリングアセンブリ１００が使用される最終的な用途において重要な、温度センサーや他の種類のセンサー（例えば、速度センサーや加速度計）をも含んでいて良い。熱補償のためにセンサーモジュール１１６に温度センサーが用いられるときは、関連したひずみセンサーに近接して設けられることが好ましい。当業者は、センサーモジュール１１６に用いられるセンサーユニットは、例えば、これらに限定されないが、金属箔、ピエゾ抵抗、ＭＥＭＳ、震動ワイヤー、容量センサー、誘導センサー、光学センサー、超音波センサー等のいかなる適切なひずみ、変位、回転、又は温度センサー技術を用いても良いことが分かるだろう。同様に、公知のクォーターブリッジ、ハーフブリッジ、又はフルブリッジのひずみセンサーを用いても良い。 The sensor module 116 may also include temperature sensors and other types of sensors (eg, speed sensors and accelerometers) that are important in the final application in which the bearing assembly 100 is used, such as condition monitoring. When a temperature sensor is used in the sensor module 116 for thermal compensation, it is preferably provided in close proximity to the associated strain sensor. Those skilled in the art will recognize that the sensor unit used in the sensor module 116 is any suitable, such as, but not limited to, metal foil, piezoresistor, MEMS, vibration wire, capacitive sensor, inductive sensor, optical sensor, ultrasonic sensor, etc. It will be appreciated that strain, displacement, rotation, or temperature sensor technology may be used. Similarly, a known quarter bridge, half bridge, or full bridge strain sensor may be used.

センサーモジュール１１６のセットから蓄積された信号は解析され、荷重検出ベアリングアセンブリ１００に適用される半径方向力要素（Ｆｘ及びＦｚ）、推力要素（Ｆｙ）、傾斜モーメント要素（Ｍｘ及びＭｚ）及びベアリング温度（センサー１１６のセットに少なくとも１つの温度センサーが含まれている場合）の測定結果を生ずることが好ましい。具体的には、センサーモジュール１１６のセットは、少なくとも５つの自由度Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚの測定結果のうち１つを提供することが好ましい。温度の測定結果は、最終的な用途における測定パラメータとして直接使用すると共に、センサーモジュール１１６のセンサーユニットにおける既知の熱的効果を補償するために用いても良い。 The accumulated signals from the set of sensor modules 116 are analyzed and the radial force elements (Fx and Fz), thrust elements (Fy), tilt moment elements (Mx and Mz) and bearing temperatures applied to the load sensing bearing assembly 100. Preferably, a measurement result is produced (if the set of sensors 116 includes at least one temperature sensor). Specifically, the set of sensor modules 116 preferably provides one of at least five degrees of freedom Fx, Fy, Fz, Mx and Mz measurement results. The temperature measurement result may be used directly as a measurement parameter in the final application and may be used to compensate for known thermal effects in the sensor unit of the sensor module 116.

図１Ａ及び１Ｂの実施形態において、異方性スプリング領域１１２は、ベアリングアセンブリ１００のＹ軸周りの様々な方向とすることができる。異方性スプリング領域１１６は、センサーモジュール１１６のセットにより得られる値を増減するために、ベアリングアウターレース又はカップ１０２と環状外フランジ１０４ｂ間の動きを増すための様々な従来の構造をとっても良い。また、異方性スプリング領域１１２は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００にかかる力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、又はモーメントＭｘ、Ｍｚの値を決定するためのデータを得ることを要求される特定の力を増減するためにベアリングアウターレース又はカップ１０２と環状外フランジ１０４ｂ間の特定の動きのみを増す様な構造であっても良い。 In the embodiment of FIGS. 1A and 1B, the anisotropic spring region 112 can be in various directions about the Y axis of the bearing assembly 100. The anisotropic spring region 116 may take a variety of conventional configurations to increase movement between the bearing outer race or cup 102 and the annular outer flange 104b to increase or decrease the value obtained with the set of sensor modules 116. The anisotropic spring region 112 also increases or decreases the specific force required to obtain data for determining the values of the forces Fx, Fy, Fz or moments Mx, Mz applied to the load sensing bearing assembly 100. Therefore, the structure may be such that only a specific movement between the bearing outer race or cup 102 and the annular outer flange 104b is increased.

当業者は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００に作用する力とモーメントの値を決定するための本発明のベアリングアセンブリ１００に関連したセンサーモジュール１１６のセットからの信号を解析するための多くの方法があることを理解するだろう。例えば、有限要素解析は、センサーモジュール１１６から提供される信号を解析し、各３つの力の要素Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、及び２つのモーメントの要素Ｍｘ、Ｍｚとして数値に変換する。他の解析手段も従来技術において知られており、本発明の範囲内である。従来技術において知られている経験的な方法も、適用される力やモーメントに準じてセンサーモジュール１１６からの信号を調整するために用いても良い。 Those skilled in the art have many ways to analyze signals from the set of sensor modules 116 associated with the bearing assembly 100 of the present invention to determine the values of forces and moments acting on the load sensing bearing assembly 100. Will understand. For example, the finite element analysis analyzes the signal provided from the sensor module 116 and converts it into numerical values as each of the three force elements Fx, Fy, Fz, and the two moment elements Mx, Mz. Other analysis means are also known in the prior art and are within the scope of the present invention. Empirical methods known in the prior art may also be used to adjust the signal from the sensor module 116 according to the applied force or moment.

本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００と様々な他の実施形態の一般的な前提は、適用構造１０６に対してベアリングアウターレース又はカップ１０２を支持している構造は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２とボルト１０８又は適用構造１０６への他の取り付け点間に少なくとも１つの異方性スプリング領域１１２を含むことである。適用構造１０６からベアリングアウターレース又はカップ１０２をぶら下げている異方性スプリング領域１１２により、ベアリングアセンブリ１００に適用される力及び／又はモーメントは、適用構造１０６に対してベアリングアウターレース又はカップ１０２を変位及び／又は回転させるだろう。ベアリングアウターレース又はカップ１０２、異方性スプリング領域１１２、又は支持構造の周りに戦略的に配置された１セットの変位、回転、及び／又はひずみセンサー１１６は、相対的なベアリングアウターレース又はカップの変位、ひずみ、及び／又は回転を測定する。センサーモジュール１１６のセットからの信号は、適用される半径方向力、推力及び傾斜モーメントの値を発するのに用いられる。 The general premise of the load sensing bearing assembly 100 and various other embodiments of the present invention is that the structure supporting the bearing outer race or cup 102 relative to the application structure 106 is the bearing outer race or cup 102 and bolt. Or at least one anisotropic spring region 112 between other attachment points to the application structure 106. Due to the anisotropic spring region 112 hanging the bearing outer race or cup 102 from the application structure 106, the force and / or moment applied to the bearing assembly 100 displaces the bearing outer race or cup 102 relative to the application structure 106. And / or rotate. A set of displacement, rotation, and / or strain sensors 116 strategically placed around the bearing outer race or cup 102, anisotropic spring region 112, or support structure may provide relative bearing outer race or cup Measure displacement, strain, and / or rotation. The signals from the set of sensor modules 116 are used to generate the applied radial force, thrust and tilt moment values.

以下の図２Ａから図１５Ｃに関する記載は、適用される半径方向力、推力、傾斜モーメント、及び／又はベアリング温度を代表する信号を生ずるための１セットのセンサーモジュール１１６により監視されるベアリングアセンブリ１００における異方性スプリング領域１１２を定めている上記原則に立脚した、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の様々な他の実施形態を説明するものである。 The following description with respect to FIGS. 2A-15C is for a bearing assembly 100 monitored by a set of sensor modules 116 for producing signals representative of applied radial force, thrust, tilt moment, and / or bearing temperature. Various other embodiments of the load sensing bearing assembly 100 of the present invention will be described based on the above principles defining the anisotropic spring region 112.

図２Ａ及び２Ｂは、概して１００ａと表される、荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示している。４つの等間隔の異方性スプリング領域１１２は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２を支持している環状内フランジ１０４ａの外周周りに配置されている。各異方性スプリング領域１１２の中心は、通常Ｘ軸から約４５度の角度に位置している。各異方性スプリング領域１１２は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２を支持している環状内フランジ１０４ａと結合した内横ばり１２０と一端で一体化し、且つ、適用構造１０６に固定された環状外フランジ１０４ｂと結合した外横ばり１２２と反対側の端で一体化し、通常Ｙ軸と平行に配向している、軸ばり１１８を含む。各異方性スプリング領域１１２において、環状内フランジ１０４ａ、内横ばり１２０及び軸ばり１１８は、内溝１２４を規定し、一方、環状外フランジ１０４ｂ、外横ばり１２２及び軸ばり１１８は、外溝１２６を規定する。はりと溝の組み合わせにより、適用構造１０６に対するベアリングアウターレース又はカップ１０２の限定された範囲の変位及び／又は回転が可能である。溝１２４と１２６に弾力材（図示せず）を詰めても良い。弾力材としては、環状内フランジ１０４ａと環状外フランジ１０４ｂ間で所望の範囲の動きを可能とし、不要なもの（例えば、路上の破片）が溝１２４と１２６に入り込むのを防ぐものを選択することが好ましい。例えば、用途における操作パラメーターを満たすものであれば、ポリウレタン材料を用いても良い。 2A and 2B illustrate another embodiment of a load sensing bearing assembly 100, generally designated 100a. Four equally spaced anisotropic spring regions 112 are disposed around the outer periphery of the annular inner flange 104 a that supports the bearing outer race or cup 102. The center of each anisotropic spring region 112 is usually located at an angle of about 45 degrees from the X axis. Each anisotropic spring region 112 is integrated at one end with an inner beam 120 coupled to an annular inner flange 104a supporting a bearing outer race or cup 102, and an annular outer flange 104b fixed to the application structure 106. And an axial beam 118 which is integrated at the opposite end to the outer lateral beam 122 coupled to and normally oriented parallel to the Y axis. In each anisotropic spring region 112, the annular inner flange 104a, the inner side beam 120 and the shaft beam 118 define an inner groove 124, while the annular outer flange 104b, the outer side beam 122 and the shaft beam 118 are outer grooves. 126 is defined. The combination of beam and groove allows a limited range of displacement and / or rotation of the bearing outer race or cup 102 relative to the application structure 106. The grooves 124 and 126 may be filled with a resilient material (not shown). As the elastic material, a material that allows a desired range of movement between the annular inner flange 104a and the annular outer flange 104b and prevents unnecessary materials (for example, debris on the road) from entering the grooves 124 and 126 is selected. Is preferred. For example, a polyurethane material may be used as long as the operation parameters in the application are satisfied.

ベアリングアセンブリ１００ａにおいて、５つのセンサーモジュール１１６ａ〜１１６ｅのセットで、各センサーモジュール１１６が環状内フランジ１０４ａと環状外フランジ１０４ｂ間の空隙１１４を橋渡しする配列をなす。各センサーモジュール１１６は、センサーモジュール１１６のセットが全体として、上述のように適用される力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）及びモーメント（Ｍｘ、Ｍｚ）の代表される測定結果を提供するように、変位、回転又はひずみの測定が可能な少なくとも１つのセンサーユニットを含む。 In the bearing assembly 100a, a set of five sensor modules 116a to 116e is arranged such that each sensor module 116 bridges the gap 114 between the annular inner flange 104a and the annular outer flange 104b. Each sensor module 116 is displaced so that the set of sensor modules 116 as a whole provides a representative measurement of force (Fx, Fy, Fz) and moment (Mx, Mz) applied as described above. Including at least one sensor unit capable of measuring rotation or strain.

典型的な形態として、センサーモジュール１１６ａは、Ｚ方向における変位を測定し、ベアリングアセンブリ１００ａに作用する力Ｆｚについての情報を提供するためのＺ軸に配向した変位センサーを含んでいても良い。センサーモジュール１１６ｃは、Ｘ方向における変位を測定し、ベアリングアセンブリ１００ａに作用する力Ｆｘについての情報を提供するためのＸ軸に配向した変位センサーを含んでいても良い。それぞれがＹ軸における変位を測定するための変位センサーである、センサーモジュール１１６ｂ、１１６ｄ、１１６ｅは、Ｙ軸周りに約１２０度の間隔を保ち配置され、センサーモジュール１１６ｄはＺ軸に配向している。変位センサーモジュール１１６ｂ、１１６ｄ、１１６ｅは、一緒になって力ＦｙとモーメントＭｘ、Ｍｚに対する値を決定できるような信号を提供する。 As a typical form, the sensor module 116a may include a displacement sensor oriented in the Z axis for measuring displacement in the Z direction and providing information about the force Fz acting on the bearing assembly 100a. The sensor module 116c may include a displacement sensor oriented in the X axis for measuring displacement in the X direction and providing information about the force Fx acting on the bearing assembly 100a. The sensor modules 116b, 116d, and 116e, each of which is a displacement sensor for measuring a displacement in the Y axis, are arranged with an interval of about 120 degrees around the Y axis, and the sensor module 116d is oriented in the Z axis. . The displacement sensor modules 116b, 116d, 116e together provide signals that can determine values for the force Fy and moments Mx, Mz.

他の典型的な形態として、回転センサーと少なくとも１つのＹ軸変位センサーをセンサーモジュール１１６ａと１１６ｃに組み込むことでセンサーモジュール１１６ｂ、１１６ｄ及び１１６ｅを除いても良い。センサーモジュール１１６ａがＹ軸変位センサーを含む場合、センサーモジュール１１６ａは、Ｚ軸周りの回転と共に、Ｙ方向とＺ方向における変位の測定結果を提供する。測定されたＺ方向における変位は、力Ｆｚについての情報を提供し、測定されたＺ軸周りの回転は、モーメントＭｚについての情報を提供する。センサーモジュール１１６ｃは、同様に、Ｘ方向の変位とＸ軸周りの回転の測定結果を提供する。測定されたＸ方向における変位は、力Ｆｘについての情報を提供し、測定されたＸ軸周りの回転は、モーメントＭｘについての情報を提供する。センサーモジュール１１６ａのＹ軸変位センサーにより測定されたＹ方向における変位は、力Ｆｙの測定結果を提供するためにＸ軸周りの回転の測定結果と組み合わせることができる。 As another typical form, the sensor modules 116b, 116d, and 116e may be omitted by incorporating a rotation sensor and at least one Y-axis displacement sensor into the sensor modules 116a and 116c. When the sensor module 116a includes a Y-axis displacement sensor, the sensor module 116a provides the measurement result of the displacement in the Y direction and the Z direction along with the rotation around the Z axis. The measured displacement in the Z direction provides information about the force Fz, and the measured rotation about the Z axis provides information about the moment Mz. The sensor module 116c similarly provides measurement results for displacement in the X direction and rotation about the X axis. The measured displacement in the X direction provides information about the force Fx, and the measured rotation about the X axis provides information about the moment Mx. The displacement in the Y direction measured by the Y axis displacement sensor of the sensor module 116a can be combined with the measurement result of rotation about the X axis to provide a measurement result of the force Fy.

図３Ａ及び３Ｂは、概して１００ｂと表される、荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の同様の実施形態を示している。４つの異方性スプリング領域１１２の代わりに、計３つの等間隔の異方性スプリング領域１１２が、ベアリングアウターレース又はカップ１０２を支持している環状内フランジ１０４ａの外周周りに配置されている。各異方性スプリング領域１１２は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２を支持している環状内フランジ１０４ａと結合した内横ばり１２０と一端で一体化し、且つ、適用構造１０６に固定されている環状外フランジ１０４ｂと結合した外横ばり１２２と反対側の端で一体化し、通常Ｙ軸と平行に配向した軸ばり１１８を含む。各異方性スプリング領域１１２において、環状内フランジ１０４ａ、内横ばり１２０及び軸ばり１１８は、内溝１２４を規定し、一方、環状外フランジ１０４ｂ、外横ばり１２２及び軸ばり１１８は、外溝１２６を規定する。はりと溝の組み合わせにより、適用構造１０６に対するベアリングアウターレース又はカップ１０２の限定された範囲の変位及び／又は回転が可能である。溝１２４と１２６に弾力材（図示せず）を詰めても良い。弾力材としては、環状内フランジ１０４ａと環状外フランジ１０４ｂ間の所望の範囲の動きを可能とし、不要なもの（例えば、路上の破片）が溝１２４と１２６に入り込むのを防ぐものを選択することが好ましい。例えば、用途における操作パラメーターを満たすのであれば、ポリウレタン材料を用いても良い。 3A and 3B show another similar embodiment of the load sensing bearing assembly 100, generally designated 100b. Instead of the four anisotropic spring regions 112, a total of three equally spaced anisotropic spring regions 112 are arranged around the outer periphery of the annular inner flange 104 a that supports the bearing outer race or cup 102. Each anisotropic spring region 112 is integrated at one end with an inner beam 120 coupled to an annular inner flange 104a supporting a bearing outer race or cup 102, and an annular outer flange fixed to the application structure 106. It includes an axial beam 118 that is integrated at the opposite end to the outer beam 122 coupled to 104b and is generally oriented parallel to the Y axis. In each anisotropic spring region 112, the annular inner flange 104a, the inner side beam 120 and the shaft beam 118 define an inner groove 124, while the annular outer flange 104b, the outer side beam 122 and the shaft beam 118 are outer grooves. 126 is defined. The combination of beam and groove allows a limited range of displacement and / or rotation of the bearing outer race or cup 102 relative to the application structure 106. The grooves 124 and 126 may be filled with a resilient material (not shown). As the elastic material, a material that allows a desired range of movement between the annular inner flange 104a and the annular outer flange 104b and prevents unnecessary things (for example, debris on the road) from entering the grooves 124 and 126 is selected. Is preferred. For example, a polyurethane material may be used as long as the operation parameters in the application are satisfied.

ベアリングアセンブリ１００ｂにおいて、５つのセンサーモジュール１１６ａ〜１１６ｅのセットで、各センサーモジュール１１６が環状内フランジ１０４ａと環状外フランジ１０４ｂ間の空隙１１４を橋渡しする配列をなす。各センサーモジュール１１６は、センサーモジュール１１６のセットが全体として、上述のように適用される力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）及びモーメント（Ｍｘ、Ｍｚ）の代表される測定結果を提供するように、変位、回転又はひずみの測定が可能な少なくとも１つのセンサーユニットを含む。 In the bearing assembly 100b, a set of five sensor modules 116a to 116e is arranged such that each sensor module 116 bridges the gap 114 between the annular inner flange 104a and the annular outer flange 104b. Each sensor module 116 is displaced so that the set of sensor modules 116 as a whole provides a representative measurement of force (Fx, Fy, Fz) and moment (Mx, Mz) applied as described above. Including at least one sensor unit capable of measuring rotation or strain.

典型的な形態として、センサーモジュール１１６ｃは、Ｚ方向における変位を測定し、ベアリングアセンブリ１００ｂに作用する力Ｆｚについての情報を提供するためのＺ軸に配向した変位センサーを含んでいても良い。センサーモジュール１１６ｂは、Ｘ方向における変位を測定し、ベアリングアセンブリ１００ｂに作用する力Ｆｘについての情報を提供するためのＸ軸に配向した変位センサーを含んでいても良い。それぞれがＹ軸における変位を測定するための変位センサーである、センサーモジュール１１６ａ、１１６ｄ、１１６ｅは、Ｙ軸周りに約１２０度の間隔を保ち配置されている。変位センサーモジュール１１６ａ、１１６ｄ、１１６ｅは、一緒になって力ＦｙとモーメントＭｘ、Ｍｚに対する値を決定可能な信号を提供する。 As a typical form, the sensor module 116c may include a displacement sensor oriented in the Z axis for measuring displacement in the Z direction and providing information about the force Fz acting on the bearing assembly 100b. The sensor module 116b may include a displacement sensor oriented in the X axis to measure displacement in the X direction and provide information about the force Fx acting on the bearing assembly 100b. Sensor modules 116a, 116d, and 116e, each of which is a displacement sensor for measuring a displacement in the Y axis, are arranged with a spacing of about 120 degrees around the Y axis. Together, the displacement sensor modules 116a, 116d, 116e provide signals that can determine values for force Fy and moments Mx, Mz.

他の典型的な形態として、回転センサーと少なくとも１つのＹ軸変位センサーをセンサーモジュール１１６ｂと１１６ｃに組み込むことでセンサーモジュール１１６ａ、１１６ｄ及び１１６ｅを除いても良い。センサーモジュール１１６ｃがＹ軸変位センサーを含む場合、センサーモジュール１１６ｃは、Ｚ軸周りの回転と共に、Ｙ方向とＺ方向における変位の測定結果を提供する。測定されたＺ方向における変位は、力Ｆｚについての情報を提供し、測定されたＺ軸周りの回転は、モーメントＭｚについての情報を提供する。センサーモジュール１１６ｂは、同様に、Ｘ方向の変位とＸ軸周りの回転の測定結果を提供する。測定されたＸ方向における変位は、力Ｆｘについての情報を提供し、測定されたＸ軸周りの回転は、モーメントＭｘについての情報を提供する。センサーモジュール１１６ｃのＹ軸変位センサーにより測定されたＹ方向における変位は、力Ｆｙの測定結果を提供するためにＸ軸周りの回転の測定結果と組み合わせることができる。 As another typical form, the sensor modules 116a, 116d and 116e may be omitted by incorporating a rotation sensor and at least one Y-axis displacement sensor into the sensor modules 116b and 116c. When the sensor module 116c includes a Y-axis displacement sensor, the sensor module 116c provides a measurement result of displacement in the Y direction and the Z direction along with rotation around the Z axis. The measured displacement in the Z direction provides information about the force Fz, and the measured rotation about the Z axis provides information about the moment Mz. The sensor module 116b similarly provides measurement results of displacement in the X direction and rotation about the X axis. The measured displacement in the X direction provides information about the force Fx, and the measured rotation about the X axis provides information about the moment Mx. The displacement in the Y direction measured by the Y axis displacement sensor of sensor module 116c can be combined with the measurement result of rotation about the X axis to provide a measurement result of force Fy.

図４Ａ及び４Ｂは、概して１００ｃと表される、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示しており、環状外フランジ１０４ｂは、ボルト穴１１０内に固定されたボルト１０８によって適用構造１０６に固定されている。この実施形態では、異方性スプリング領域１１２は、図２Ａ及び２Ｂで示したものと同一であるが、センサーモジュールの位置、種類及び量が異なっている。具体的には、第１のバリエーションでは、センサーモジュール１１６の配置は、各センサーモジュール１１６が環状内フランジ１０４ａと環状外フランジ１０４ｂ間の空隙１１４を橋渡しした、ベアリングアウターレース又はカップ１０２と環状フランジ１０４ａ、１０４ｂのＺ軸に配向した２つの変位及び回転センサーモジュール１１６ａ、１１６ｂ及びＸ軸に配向した２つの変位及び回転センサーモジュール１１６ｃ、１１６ｄを含む。 FIGS. 4A and 4B show another embodiment of the load sensing bearing assembly 100 of the present invention, generally designated 100c, in which the annular outer flange 104b is applied by a bolt 108 secured in the bolt hole 110. FIG. 106 is fixed. In this embodiment, the anisotropic spring region 112 is the same as that shown in FIGS. 2A and 2B, but the position, type and amount of sensor modules are different. Specifically, in the first variation, the sensor modules 116 are arranged such that each sensor module 116 bridges a gap 114 between the annular inner flange 104a and the annular outer flange 104b, the bearing outer race or cup 102 and the annular flange 104a. 104b, two displacement and rotation sensor modules 116a, 116b oriented in the Z-axis and two displacement and rotation sensor modules 116c, 116d oriented in the X-axis.

任意に、１１６ａ’、１１６ｂ’、１１６ｃ’及び１１６ｄ’で表される第２のバリエーションでは、４つの変位及び回転センサーモジュール１１６は、代わりに、軸ばり１１８と環状外フランジ１０４ｂ間の外溝１２６を橋渡しするように４つの各異方性領域１１２の半径方向中心線上に配置されても良い。センサーモジュール１１６ａ’〜１１６ｄ’からの信号は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｃに作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ、及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに利用される。 Optionally, in a second variation represented by 116a ′, 116b ′, 116c ′ and 116d ′, the four displacement and rotation sensor modules 116 instead have outer grooves 126 between the shaft 118 and the annular outer flange 104b. May be arranged on the center line in the radial direction of each of the four anisotropic regions 112 so as to bridge. Signals from sensor modules 116a'-116d 'are utilized to calculate the values of three forces Fx, Fy, and Fz and two moments Mx and Mz that act on load sensing bearing assembly 100c.

任意に、１１６ａ”、１１６ｂ”、１１６ｃ”及び１１６ｄ”で表される第３のバリエーションでは、４つのセンサーモジュール１１６は、それぞれ少なくとも１つのひずみセンサーを含み、代わりに、環状内フランジ１０４ａと軸ばり１１８により規定される内溝１２４上の内横ばり１２０上に、４つの各異方性スプリング領域１１２の半径方向中心線上に配置されても良い。センサーモジュール１１６”〜１１６ｄ”からの信号は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｃに作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ、及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに利用される。当業者は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｃに作用する２つのモーメントＭｘ及びＭｚと共に、３つの力Ｆｘ、Ｆｙ、及びＦｚの測定結果を提供するセンサーモジュール１１６の他の組み合わせでも良いことが分かるだろう。 Optionally, in a third variation represented by 116a ″, 116b ″, 116c ″ and 116d ″, each of the four sensor modules 116 includes at least one strain sensor, and instead an annular inner flange 104a and a shaft beam. On the inner beam 120 on the inner groove 124 defined by 118, it may be arranged on the radial centerline of each of the four anisotropic spring regions 112. The signals from the sensor modules 116 "-116d" are used to calculate the values of the three forces Fx, Fy, and Fz and the two moments Mx and Mz acting on the load sensing bearing assembly 100c. One skilled in the art will appreciate that other combinations of sensor modules 116 that provide measurement results for the three forces Fx, Fy, and Fz, as well as the two moments Mx and Mz acting on the load sensing bearing assembly 100c may be used.

当業者は、ここで説明される荷重検出ベアリングアセンブリ１００の様々な実施形態の環状外フランジ１０４ｂは、ボルト１０８とボルト穴１１０を除いて、荷重検出ベアリングアセンブリ１００に付随する適用構造１０６と一体化して形成されても良いことが分かるだろう。例えば、図５Ａ及び５Ｂに示す様に、適用構造１０６が環状外フランジ１０４ｂと一体化し、環状外フランジ１０４ｂを規定している以外は、荷重検出アセンブリ１００ｄは、図４Ａ及び４Ｂに示された荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｃと実質的に同一である。適用構造１０６の具体的な形状や形態は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｄが用いられる特定の用途によって変わる。 One skilled in the art will recognize that the annular outer flange 104b of the various embodiments of the load sensing bearing assembly 100 described herein is integrated with the application structure 106 associated with the load sensing bearing assembly 100, except for the bolts 108 and bolt holes 110. You will see that it may be formed. For example, as shown in FIGS. 5A and 5B, except that the application structure 106 is integral with the annular outer flange 104b and defines the annular outer flange 104b, the load sensing assembly 100d is configured with the load shown in FIGS. 4A and 4B. It is substantially the same as the detection bearing assembly 100c. The specific shape and form of the application structure 106 will vary depending on the particular application in which the load sensing bearing assembly 100d is used.

図６Ａ及び６Ｂは、概して１００ｅと表される、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示しており、他の種類の異方性スプリング領域１１２とセンサーモジュール１１６の他の配列を用いている。この実施形態では、異方性スプリング領域１１２は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２と環状内フランジ１０４ａを荷重検出ベアリング１００ｅの環状外フランジ１０４ｂに結びつけている４つの等間隔の連結部材１２８を含む。各連結部材１２８は、環状外フランジ１０４ｂに結合した１つの半径方向外スポーク１３０、環状内フランジ１０４ａに結合した２つの半径方向内スポーク１３２、及び内と外の半径方向スポーク１３０と１３２を結合している接続要素１３４を含む。閉鎖溝１３６は、各連結部材１２８の環状内フランジ１０４ａ、２つの半径方向内スポーク１３２及び接続要素１３４により規定される。 FIGS. 6A and 6B show another embodiment of the load sensing bearing assembly 100 of the present invention, generally designated 100e, with other types of anisotropic spring regions 112 and other arrangements of sensor modules 116. FIG. Used. In this embodiment, the anisotropic spring region 112 includes four equally spaced connecting members 128 that connect the bearing outer race or cup 102 and the annular inner flange 104a to the annular outer flange 104b of the load sensing bearing 100e. Each connecting member 128 connects one radially outer spoke 130 coupled to the annular outer flange 104b, two radially inner spokes 132 coupled to the annular inner flange 104a, and inner and outer radial spokes 130 and 132. Connecting element 134. A closing groove 136 is defined by the annular inner flange 104 a, the two radially inner spokes 132 and the connecting element 134 of each connecting member 128.

荷重検出ベアリング１００ｅで用いられるセンサーモジュール１１６の配列は、内と外の環状フランジ１０４ａ、１０４ｂ間の空隙１１４上のＺ軸上に配列した２つの変位センサーモジュール１３８ａと１３８ｃ、及び内と外の環状フランジ１０４ａ、１０４ｂ間の空隙１１４上のＸ軸上に配列した２つの変位センサーモジュール１３８ｂと１３８ｄを含むことが好ましい。センサーモジュール１１６のセットが全体として、上述のように、適用される力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）及びモーメント（Ｍｘ、Ｍｚ）の代表される測定結果を提供する。 The arrangement of the sensor modules 116 used in the load detection bearing 100e includes two displacement sensor modules 138a and 138c arranged on the Z axis on the gap 114 between the inner and outer annular flanges 104a and 104b, and the inner and outer annular rings. It is preferable to include two displacement sensor modules 138b and 138d arranged on the X axis on the gap 114 between the flanges 104a and 104b. The set of sensor modules 116 as a whole provides representative measurements of applied forces (Fx, Fy, Fz) and moments (Mx, Mz) as described above.

図７Ａ及び７Ｂは、図６Ａ及び６Ｂに示す荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｅの実施形態のバリエーションを示しており、各異方性スプリング領域１１２間で環状外フランジ１０４ａから半径方向の内側にツメ１４２が伸びている。各ツメ１４２は、変位センサー１３８が越えて配置される空隙１１４の幅を狭め、センサーモジュール１１６の配列において変位センサー１３８に取り付け地点を提供する。 FIGS. 7A and 7B show variations of the embodiment of the load sensing bearing assembly 100e shown in FIGS. 6A and 6B, with a pawl 142 extending radially inward from the annular outer flange 104a between each anisotropic spring region 112. FIG. ing. Each pawl 142 narrows the width of the air gap 114 over which the displacement sensor 138 is disposed and provides an attachment point for the displacement sensor 138 in the array of sensor modules 116.

図６Ａ〜７Ｂに示された実施形態の第１のバリエーションにおいて、センサーモジュール１１６の配列は、閉鎖溝１３６を越えて環状内フランジ１０４ａと接続要素１３４間に、連結部材１２８の半径方向中心線上に配置された４つの変位センサーモジュール１３８ａ’、１３８ｂ’、１３８ｃ’及び１３８ｄ’を含む。センサーモジュール１１６のセットが全体として、上述のように、適用される力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）及びモーメント（Ｍｘ、Ｍｚ）の代表される測定結果を提供する。 In a first variation of the embodiment shown in FIGS. 6A-7B, the array of sensor modules 116 is on the radial centerline of the coupling member 128 between the annular inner flange 104a and the connecting element 134 over the closing groove 136. It includes four arranged displacement sensor modules 138a ′, 138b ′, 138c ′ and 138d ′. The set of sensor modules 116 as a whole provides representative measurements of applied forces (Fx, Fy, Fz) and moments (Mx, Mz) as described above.

図６Ａ〜７Ｂに示された実施形態の第２のバリエーションにおいて、センサーモジュール１１６の配列は、半径方向外スポーク１３０の反対側の、連結部材１２８の接続要素１３４に配置された８つのひずみセンサーモジュール１４０ａ〜１４０ｈを含む。センサーモジュール１１６のセットが全体として、上述のように、適用される力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）及びモーメント（Ｍｘ、Ｍｚ）の代表される測定結果を提供する。 In a second variation of the embodiment shown in FIGS. 6A-7B, the array of sensor modules 116 includes eight strain sensor modules disposed on the connecting element 134 of the coupling member 128 opposite the radially outer spoke 130. Including 140a-140h. The set of sensor modules 116 as a whole provides representative measurements of applied forces (Fx, Fy, Fz) and moments (Mx, Mz) as described above.

図８Ａ及び８Ｂは、図７Ａ及び７Ｂに示す荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｆの実施形態のバリエーション１００ｇを示しており、ツメ１４２の一つが除かれ、センサーモジュール１１６の配列が変わっている。１つのセンサーモジュール１１６ａは、環状内フランジ１０４ａと、空隙１１４上のツメ１４２間にＺ軸にそろえて半径方向に配向し、第２のセンサーモジュール１１６ｂは、環状内フランジ１０４ａと、空隙１１４上の第２のツメ１４２間にＸ軸にそろえて半径方向に配向している。速度センサーモジュール１４４は、第２のセンサーモジュール１１６ｂの反対側、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｇのＸ軸上で環状内フランジ１０４ａとベアリングアウターレース又はカップ１０２と結合している。センサーモジュール１１６ａ、１１６ｂ及び１４４の配列と結合された異方性スプリング領域１１２のこのような代わりの配列と種類は、ベアリングアウターレース又はカップの回転速度と共に、ベアリングアウターレース又はカップ１０２に作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに用いられるセンサー信号のセットを提供する。 8A and 8B show a variation 100g of the embodiment of the load sensing bearing assembly 100f shown in FIGS. 7A and 7B, with one of the tabs 142 removed and the arrangement of the sensor modules 116 changed. One sensor module 116a is oriented radially between the annular inner flange 104a and the claw 142 on the gap 114 along the Z axis, and the second sensor module 116b is arranged on the annular inner flange 104a and the gap 114. The second tabs 142 are aligned in the radial direction along the X axis. The speed sensor module 144 is coupled to the annular inner flange 104a and the bearing outer race or cup 102 on the X axis of the load sensing bearing assembly 100g, opposite the second sensor module 116b. Such an alternative arrangement and type of anisotropic spring region 112 combined with the arrangement of sensor modules 116a, 116b and 144, as well as the outer speed of the bearing outer race or cup, acts on the bearing outer race or cup 102. It provides a set of sensor signals that are used to calculate the values of two forces Fx, Fy and Fz and two moments Mx and Mz.

図９Ａ及び９Ｂは、概して１００ｈと表される、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示しており、各異方性スプリング領域１１２は、環状内フランジ１０４ａとベアリングアウターレース又はカップ１０２を環状外フランジ１０４ｂ及び適用構造１０６に結合している１つの半径方向スポーク１４６を含む。図９Ａに示すように４つのスポーク１４６が示され、各スポーク１４６は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｈのＹ軸周りに等距離間隔に配置されている。スポークは、上述の同様の異方性スプリング領域構造と大体同じ方法で、環状外フランジ１０４ｂと適用構造１０６に対する環状内フランジ１０４ａとベアリングアウターレース又はカップ１０２の限定された範囲の変位と回転を可能とする。 FIGS. 9A and 9B illustrate another embodiment of the load sensing bearing assembly 100 of the present invention, generally designated 100h, wherein each anisotropic spring region 112 includes an annular inner flange 104a and a bearing outer race or cup. One radial spoke 146 that couples 102 to the annular outer flange 104 b and the application structure 106. As shown in FIG. 9A, four spokes 146 are shown, and each spoke 146 is spaced equidistantly about the Y axis of the load sensing bearing assembly 100h. The spokes allow a limited range of displacement and rotation of the annular inner flange 104a and bearing outer race or cup 102 relative to the annular outer flange 104b and application structure 106 in much the same manner as the similar anisotropic spring region structure described above. And

センサーモジュール１１６のセットは、環状内フランジ１０４ａと、空隙１１４上のツメ１４２間にＺ軸にそろえて半径方向に配向している第１のセンサーモジュール１１６ａ、環状内フランジ１０４ａと、空隙１１４上の第２のツメ１４２間にＸ軸にそろえて半径方向に配向している第２のセンサーモジュール１１６ｂ、及び第１のセンサーモジュール１１６ａの反対側に、環状内フランジ１０４ａと、空隙１１４上のツメ１４２間にＺ軸にそろえて半径方向に配向している第３のセンサーモジュール１１６ｃを含む。速度センサーモジュール１４４は、第２のセンサーモジュール１１６ｂの反対側、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｈのＸ軸上で環状内フランジ１０４ａとベアリングアウターレース又はカップ１０２と結合している。センサーモジュール１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ及び１４４の配列と結合された異方性スプリング領域１１２のこのような代わりの配列と種類は、ベアリングアウターレース又はカップの回転速度と共に、ベアリングアウターレース又はカップ１０２に作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに用いられるセンサー信号のセットを提供する。 The set of sensor modules 116 includes an annular inner flange 104a and a first sensor module 116a, an annular inner flange 104a, and an air gap 114 that are radially oriented along the Z axis between the claws 142 on the air gap 114. A second sensor module 116b that is radially oriented along the X-axis between the second claws 142, and an annular inner flange 104a on the opposite side of the first sensor module 116a, and claws 142 on the gap 114 A third sensor module 116c that is radially oriented along the Z axis is included. The speed sensor module 144 is coupled to the annular inner flange 104a and the bearing outer race or cup 102 on the X axis of the load sensing bearing assembly 100h, opposite the second sensor module 116b. Such an alternative arrangement and type of anisotropic spring region 112 combined with the arrangement of sensor modules 116a, 116b, 116c and 144, acts on the bearing outer race or cup 102, along with the rotational speed of the bearing outer race or cup. Provides a set of sensor signals used to calculate the values of the three forces Fx, Fy and Fz and the two moments Mx and Mz.

図１０Ａ及び１０Ｂは、図９Ａ及び９Ｂに示す実施形態のバリエーションを示しており、速度センサーモジュール１４４は、第２のセンサーモジュール１１６ｂの反対側、環状内フランジ１０４ａと、空隙１１４上のツメ１４２間にＸ軸にそろえて半径方向に配向している第４のセンサーモジュール１１６ｄに変わっている。加えて、各スポーク１４６の構造において、第１の溝１４８がスポーク１４６の一面の幅にわたり形成され、第２の溝１５０が、第１の溝１４８よりも半径方向外側に位置して、スポーク１４６の反対側の面の幅にわたり形成されている。第１及び第２の溝１４８、１５０は、スポーク１４６の構造において“Ｓ”形状の領域を規定する。この構造は、上述の同様の異方性スプリング領域構造と大体同じ方法で、環状外フランジ１０４ｂと適用構造１０６に対する環状内フランジ１０４ａとベアリングアウターレース又はカップ１０２の限定された範囲の変位と回転を可能とする。センサーモジュール１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ及び１１６ｄのこのような代わりの構造と配列は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２に作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに用いられるセンサー信号のセットを提供する。 10A and 10B show a variation of the embodiment shown in FIGS. 9A and 9B, where the speed sensor module 144 is on the opposite side of the second sensor module 116b, between the annular inner flange 104a and the tab 142 on the air gap 114. The fourth sensor module 116d is aligned in the radial direction along the X axis. In addition, in the structure of each spoke 146, the first groove 148 is formed across the width of one surface of the spoke 146, and the second groove 150 is located radially outward from the first groove 148, and the spoke 146. Is formed across the width of the opposite surface. The first and second grooves 148, 150 define “S” shaped regions in the structure of the spokes 146. This structure provides a limited range of displacement and rotation of the annular inner flange 104a and bearing outer race or cup 102 relative to the annular outer flange 104b and application structure 106 in much the same manner as the similar anisotropic spring region structure described above. Make it possible. Such alternative structures and arrangements of sensor modules 116a, 116b, 116c and 116d calculate the values of the three forces Fx, Fy and Fz and the two moments Mx and Mz acting on the bearing outer race or cup 102. Provides a set of sensor signals used in

図１１Ａ及び１１Ｂは、概して１００ｊと表される、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示しており、環状異方性スプリング領域１５２は、環状内フランジ１０４ａを伴うベアリングアウターレース又はカップ１０２と、適用構造１０６に取り付けられた環状外フランジ１０４ｂ間に配置されている。環状異方性スプリング領域１５２は、Ｙ軸と平行にフランジアセンブリ１０４を通り、軸方向に配列し、等距離間隔に配置された４つのスロット１５４ａ〜１５４ｄのセットを含む。スロット１５４ａ及び１５４ｃは、Ｚ軸に垂直であり、一方、スロット１５４ｂ及び１５４ｄは、荷重検出ベアリング１００ｊのＸ軸に垂直である。各スロット１５４ａ〜１５４ｄには、柔らかい又は弾性的な充填物１５６が詰められている。 FIGS. 11A and 11B show another embodiment of the load sensing bearing assembly 100 of the present invention, generally designated 100j, in which an annular anisotropic spring region 152 is a bearing outer race or ring with an annular inner flange 104a. It is disposed between the cup 102 and the annular outer flange 104b attached to the application structure 106. The annular anisotropic spring region 152 passes through the flange assembly 104 parallel to the Y-axis and includes a set of four slots 154a-154d arranged in an axial direction and spaced equidistantly. Slots 154a and 154c are perpendicular to the Z axis, while slots 154b and 154d are perpendicular to the X axis of the load sensing bearing 100j. Each slot 154a-154d is filled with a soft or elastic filling 156.

適用構造１０６に対するベアリングアウターレース又はカップ１０２の変位と回転の測定結果を得るために、少なくとも１つのセンサーモジュール１１６が各スロット１５４ａ〜１５４ｄの中心に配置され、１セットのセンサーモジュール１１６が、環状異方性スプリング領域１５２の周りに配置されている。センサーモジュール１１６は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２に作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに用いられる信号を提供するのに十分なそれぞれ少なくとも１つの変位及び／又は回転センサーを含んでも良いし、又はひずみセンサーを含んでいても良い。 In order to obtain a measurement of the displacement and rotation of the bearing outer race or cup 102 relative to the application structure 106, at least one sensor module 116 is placed in the center of each slot 154a-154d, and a set of sensor modules 116 is annularly different. Located around the isotropic spring region 152. The sensor module 116 is at least one each sufficient to provide a signal used to calculate the values of the three forces Fx, Fy and Fz and the two moments Mx and Mz acting on the bearing outer race or cup 102. A displacement and / or rotation sensor may be included, or a strain sensor may be included.

図１２Ａ及び１２Ｂは、概して１００ｋと表される、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示しており、フランジアセンブリ１０４は環状ではなく、代わりにベアリングアウターレース又はカップ１０２から半径方向外側に広がり、異方性スプリング領域１１２を規定する等距離間隔の４つの一連の突出フランジ１５８を含む。荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｋは、適用構造の受け入れ刻み目１６０に各突出フランジ１５８を固定することによって適用構造１０６に固定されている。ボルト１０８は、重なり止め金具（overlapping retaining clip）１６２のボルト穴１１０を通って、適用構造１０６と結合している。 FIGS. 12A and 12B show another embodiment of the load sensing bearing assembly 100 of the present invention, generally designated 100k, where the flange assembly 104 is not annular and instead is radially from the bearing outer race or cup 102. FIG. It includes a series of four protruding flanges 158 that extend outward and are equidistantly spaced to define the anisotropic spring region 112. The load sensing bearing assembly 100k is secured to the application structure 106 by securing each projecting flange 158 to the receiving notch 160 of the application structure. The bolt 108 is coupled to the application structure 106 through the bolt hole 110 of the overlapping retaining clip 162.

荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｋに作用する力とモーメントを測定するために、各突出フランジ１５８には、スロット１６４内にセンサーモジュール１１６が配置されたスロット１６４を備えている。センサーモジュール１１６は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２に作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに用いられる信号を提供するのに十分なそれぞれ少なくとも１つの変位及び／又は回転センサーを含んでも良いし、又はひずみセンサーを含んでいても良い。 In order to measure the force and moment acting on the load sensing bearing assembly 100k, each protruding flange 158 includes a slot 164 in which the sensor module 116 is disposed within the slot 164. The sensor module 116 is at least one each sufficient to provide a signal used to calculate the values of the three forces Fx, Fy and Fz and the two moments Mx and Mz acting on the bearing outer race or cup 102. A displacement and / or rotation sensor may be included, or a strain sensor may be included.

図１３Ａ及び１３Ｂは、概して１００ｌと表される、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示しており、通常ベアリングアウターレース又はカップ１０２は、フランジアセンブリ１０４と一体化している。フランジアセンブリ１０４は、実質的に矩形で、切頂角１６６と内側オフセット側面１６８を有している。フランジアセンブリ１０４の切頂角１６６に隣接するボルト穴１１０は、適用構造１０６に荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｌを取り付けるためのボルト１０８を受ける。 FIGS. 13A and 13B illustrate another embodiment of the load sensing bearing assembly 100 of the present invention, generally designated 100 l, wherein the normal bearing outer race or cup 102 is integral with the flange assembly 104. The flange assembly 104 is substantially rectangular and has a truncated angle 166 and an inner offset side 168. A bolt hole 110 adjacent to the truncated angle 166 of the flange assembly 104 receives a bolt 108 for attaching the load sensing bearing assembly 100 l to the application structure 106.

図１３Ｂに最もよく見られるように、適用構造１０６の特大開口部１７０が、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｌを受ける。シーリング（sealing）目的のために荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｌと適用構造１０６との隙間に、柔らかい弾性材料１７２を充填することができる。荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｌのボルト穴１１０とベアリングアウターレース又はカップ１０２間の領域は、異方性スプリング領域１１２を規定する。荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｌに作用する力とモーメントを測定するために、フランジアセンブリ１０４の各オフセット側面１６８と適用構造１０６との間に１セットのセンサーモジュール１１６が配置されている。センサーモジュール１１６は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２に作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに用いられる信号を提供するのに十分なそれぞれ少なくとも１つの変位及び／又は回転センサーを含んでも良いし、又はひずみセンサーを含んでいても良い。 As best seen in FIG. 13B, an oversized opening 170 of the application structure 106 receives the load sensing bearing assembly 100l. A soft elastic material 172 can be filled in the gap between the load sensing bearing assembly 100l and the application structure 106 for sealing purposes. The region between the bolt hole 110 and the bearing outer race or cup 102 of the load sensing bearing assembly 100 l defines an anisotropic spring region 112. A set of sensor modules 116 is disposed between each offset side 168 of the flange assembly 104 and the application structure 106 to measure the forces and moments acting on the load sensing bearing assembly 100l. The sensor module 116 is at least one each sufficient to provide a signal used to calculate the values of the three forces Fx, Fy and Fz and the two moments Mx and Mz acting on the bearing outer race or cup 102. A displacement and / or rotation sensor may be included, or a strain sensor may be included.

図１４Ａ及び１４Ｂは、概して１００ｍと表される、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示しており、異方性スプリング領域１１２は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２から突き出ている４つの等距離間隔の半径方向の取り付け柱１７４により実質的に形成されている。４つの取り付け柱１７４は、通常矩形断面を有し、４つの側面１７６を規定し、ベアリングアセンブリ１００ｍを適用構造１０６に固定するためのボルト１０８を受けるための軸方向に高くなった面１７８を通るボルト穴１１０を含む。荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｍに作用する力とモーメントを測定するために、ベアリングアウターレース又はカップ１０２と適用構造１０６との間の少なくとも１つの取り付け柱１７４の側面１７６に１セットのセンサーモジュール１１６が配置されている。センサーモジュール１１６のセットは、ベアリングアウターレース又はカップ１０２に作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに用いられる信号を提供するために置かれている十分な数の変位及び／又はひずみセンサーを含む。 FIGS. 14A and 14B show another embodiment of the load sensing bearing assembly 100 of the present invention, generally designated 100 m, wherein the anisotropic spring region 112 protrudes from the bearing outer race or cup 102. It is substantially formed by two equidistantly spaced radial mounting posts 174. The four mounting posts 174 have a generally rectangular cross section and define four side surfaces 176 and pass through an axially raised surface 178 for receiving bolts 108 for securing the bearing assembly 100m to the application structure 106. A bolt hole 110 is included. A set of sensor modules 116 is disposed on the side 176 of at least one mounting post 174 between the bearing outer race or cup 102 and the application structure 106 to measure the forces and moments acting on the load sensing bearing assembly 100m. ing. A set of sensor modules 116 is placed to provide signals that are used to calculate the values of the three forces Fx, Fy and Fz acting on the bearing outer race or cup 102 and the two moments Mx and Mz. Includes a sufficient number of displacement and / or strain sensors.

図１５Ａ〜１５Ｃは、概して１００ｎと表される、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示しており、フランジアセンブリ１０４は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２と一体化した環状部材１８０の形をとっており、ボルト穴１１０を通ったボルト１０８によって適用構造１０６に結合している。荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｎは、シーリング目的で、ベアリングアウターレース又はカップ１０２と適用構造１０６の間の環状空間に適合する弾性材料の輪１７２を含むことができる。異方性スプリング領域１１２は、適用構造１０６に対するベアリングアウターレース又はカップ１０２の限定された範囲の変位と回転を可能とする。荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｎの異方性スプリング領域１１２は、それぞれ環状部材１８０を通り等距離間隔に配置された１セットのスロット１８２により規定され、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｎのＹ軸から共通の直径を有し、ベアリングアウターレース又はカップ１０２とボルト穴１１０の間に半径方向に配置されている。 FIGS. 15A-15C illustrate another embodiment of the load sensing bearing assembly 100 of the present invention, generally designated 100n, where the flange assembly 104 of the annular member 180 integral with the bearing outer race or cup 102 is shown. It takes the form and is connected to the application structure 106 by a bolt 108 through a bolt hole 110. The load sensing bearing assembly 100n may include a ring 172 of elastic material that fits into the annular space between the bearing outer race or cup 102 and the application structure 106 for sealing purposes. The anisotropic spring region 112 allows a limited range of displacement and rotation of the bearing outer race or cup 102 relative to the application structure 106. The anisotropic spring regions 112 of the load sensing bearing assembly 100n are each defined by a set of slots 182 that are spaced equidistantly through the annular member 180 and have a common diameter from the Y axis of the load sensing bearing assembly 100n. The bearing outer race or cup 102 and the bolt hole 110 are arranged in the radial direction.

ベアリングアセンブリ１００ｎに作用する力とモーメントを測定するために、複数の変位センサーモジュール１３８及び／又は複数のひずみセンサーモジュール１４０を含む１セットのセンサーモジュール１１６が、異方性スプリング領域１１２内に配置されている。各変位センサーモジュール１３８は、環状部材１８０の前面１８４の各スロット１８２の半径方向中心線を越えて置かれている。図１５Ａに関連した図１５Ｃに最もよく見られるように、環状部材１８０の背面１８６には、ひずみセンサーモジュール１４０が、隣接するスロット１８２の各端とおよそ配列されたボルト穴１１０の両側に、ボルト穴１１０と共通の円周上に配置されている。センサーモジュール１１６のセットと結合された異方性スプリング領域１１２のこのような代わりの配列と種類は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２に作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに用いることができるセンサー信号のセットを提供する。 A set of sensor modules 116 including a plurality of displacement sensor modules 138 and / or a plurality of strain sensor modules 140 are disposed within the anisotropic spring region 112 to measure the forces and moments acting on the bearing assembly 100n. ing. Each displacement sensor module 138 is positioned beyond the radial centerline of each slot 182 on the front surface 184 of the annular member 180. As best seen in FIG. 15C in relation to FIG. 15A, on the back 186 of the annular member 180, a strain sensor module 140 is bolted on either side of the bolt hole 110 approximately aligned with each end of the adjacent slot 182. It is arranged on the same circumference as the hole 110. Such an alternative arrangement and type of anisotropic spring region 112 coupled to the set of sensor modules 116 is the three forces Fx, Fy and Fz acting on the bearing outer race or cup 102 and the two moments Mx and Mz. A set of sensor signals that can be used to calculate the value of is provided.

図１Ａ〜１５Ｃは、Ｙ軸周りの円周方向において９０度ごとの周期的対称性（例えば、円周周りに４周期）を有する荷重検出ベアリングアセンブリ１００の様々な実施形態を示していることが分かり、これに限定されないが、１２０度（例えば、円周周りに３周期）、６０度（例えば、円周周りに６周期）、４５度（例えば、円周周りに８周期）など、他の周期的対称性も可能である。加えて、ここで示した様々な典型的な実施形態において、ベアリングアウターレース又はカップ１０２とフランジアセンブリ１０４は、通常荷重検出ベアリングアセンブリ１００が取り付けられている適用構造１０６から分離した部品であるが、本発明の範囲内であれば、ベアリングアウターレース又はカップ１０２、異方性スプリング領域１１２、１５２、及びフランジアセンブリ１０４は、適用構造１０６と一体に形成されていても良い。 1A-15C illustrate various embodiments of a load sensing bearing assembly 100 having a periodic symmetry of every 90 degrees in the circumferential direction about the Y axis (eg, 4 periods around the circumference). Understand, but not limited to, such as 120 degrees (eg, 3 cycles around the circumference), 60 degrees (eg, 6 cycles around the circumference), 45 degrees (eg, 8 cycles around the circumference), etc. Periodic symmetry is also possible. In addition, in the various exemplary embodiments shown here, the bearing outer race or cup 102 and flange assembly 104 are separate parts from the application structure 106 to which the load sensing bearing assembly 100 is normally attached, Within the scope of the present invention, the bearing outer race or cup 102, the anisotropic spring regions 112, 152, and the flange assembly 104 may be integrally formed with the application structure 106.

当業者は、示された様々な実施形態における１セットのセンサーモジュールの各個々のセンサーモジュール１１６は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００に作用する力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ並びにモーメント力Ｍｘ及びＭｚの少なくとも１つを決定するために必要となる、ひずみ、変位、回転、又は温度など、これらに限定されないが、様々な種類の情報を検出するための一つのセンサーユニット又は多数のセンサーユニットを含んでいても良いことがわかるだろう。全ての実施形態において、センサーモジュールのセットに含まれるセンサーユニットは、任意に状態監視のために震動や温度の監視に用いても良い。任意に、１つ以上の温度センサーユニットがセンサーモジュール１１６のセットに含まれていても良く、ひずみ、変位又は他のセンサーユニットへの熱的効果を補償するための温度情報を提供するために、ひずみ、変位又は他のセンサーユニットに近接していることが好ましい。 One skilled in the art will recognize that each individual sensor module 116 of the set of sensor modules in the various embodiments shown is at least one of forces Fx, Fy, Fz and moment forces Mx and Mz acting on the load sensing bearing assembly 100. It may include one sensor unit or multiple sensor units for detecting various types of information, such as, but not limited to, strain, displacement, rotation, or temperature required to determine You will understand that. In all embodiments, the sensor units included in the set of sensor modules may optionally be used for vibration and temperature monitoring for condition monitoring. Optionally, one or more temperature sensor units may be included in the set of sensor modules 116 to provide temperature information to compensate for strain, displacement or thermal effects on other sensor units. Preferably close to strain, displacement or other sensor units.

当業者は、必要な測定結果を得るために、本発明の範囲内において、いかなるひずみ、変位、回転又は温度センサー技術を用いても良いことがわかるだろう。例えば、これらに限定されないが、抵抗、光学センサー、容量センサー、誘導センサー、ピエゾ抵抗、磁歪、ＭＥＭＳ、振動ワイヤー、圧電性及びアコースティックセンサー（acoustic sensor）などのひずみセンサーが、好適であり、本発明の範囲内において用いても良い。同様に、公知のクォーターブリッジ（quauter-bridge）、ハーフブリッジ（half-bridge）、フルブリッジ（full bridge）センサーユニットを用いても良い。 One skilled in the art will appreciate that any strain, displacement, rotation, or temperature sensor technique may be used within the scope of the present invention to obtain the required measurement results. For example, strain sensors such as, but not limited to, resistors, optical sensors, capacitive sensors, inductive sensors, piezoresistors, magnetostrictives, MEMS, vibrating wires, piezoelectric and acoustic sensors are suitable and the present invention. It may be used within the range. Similarly, a known quarter-bridge, half-bridge, or full bridge sensor unit may be used.

本発明の様々な実施形態で示されたセンサーモジュールの特定の位置は、ある程度は調整しても良い。センサー信号を３つの力、２つのモーメント、任意の温度信号及び／又は任意の速度信号に変換するのに用いられている信号処理ソフトウェアの調整可能な性質のため、センサーモジュールの微調整又は位置のずれは、前記解析ソフトのパラメーターの調整により補償が可能である。 The particular position of the sensor module shown in the various embodiments of the present invention may be adjusted to some extent. Due to the tunable nature of the signal processing software used to convert the sensor signal into three forces, two moments, any temperature signal and / or any velocity signal, the fine adjustment or position of the sensor module The deviation can be compensated by adjusting the parameters of the analysis software.

上記各実施形態において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００の長手方向軸に対して特定される。これらの軸は、荷重検出ベアリングアセンブリの実施形態の説明のためのものであり、本発明の特定の配向を決定したり要求するものではない。すなわち、例えば、上記各実施形態において述べたように、異方性スプリング領域、センサーモジュール、フランジアセンブリ及びベアリングアウターレース又はカップ間の通常の関係が保たれていれば、荷重検出ベアリングアセンブリ１００の軸中心線は、どの方向になっていても良い。 In each of the above embodiments, the X, Y, and Z axes are specified relative to the longitudinal axis of the load sensing bearing assembly 100. These axes are for purposes of describing embodiments of the load sensing bearing assembly and do not determine or require a particular orientation of the present invention. That is, for example, as described in the above embodiments, the axis of the load detection bearing assembly 100 can be used as long as the normal relationship among the anisotropic spring region, the sensor module, the flange assembly, and the bearing outer race or cup is maintained. The center line may be in any direction.

上記の点から、いくつかの目的が達成され、他の有益な結果が得られた。本発明の範囲を逸脱しない限り、上記構造は種々変更可能であり、上記記載に含まれる又は関連した図に示された全ての事項は、説明に役立つものとしてであり、限定の意味では判断されないものとする。 In view of the above, several objectives have been achieved and other beneficial results have been obtained. Various modifications can be made to the structure without departing from the scope of the present invention, and all matters contained in the above description or shown in the related drawings are intended to be illustrative and are not to be judged in a limiting sense. Shall.

明細書の一部を成す添付の図面において、
図１Ａは、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。図１Ｂは、図１Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。図２Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。図２Ｂは、図２Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。図３Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。図３Ｂは、図３Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。図４Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。図４Ｂは、図４Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。図５Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。図５Ｂは、図５Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。図６Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。図６Ｂは、図６Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。図７Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。図７Ｂは、図７Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。図８Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。図８Ｂは、図８Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。図９Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。図９Ｂは、図９Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。図１０Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。図１０Ｂは、図１０Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部に沿った断面図である。図１１Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。図１１Ｂは、図１１Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。図１２Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。図１２Ｂは、図１２Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。図１３Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。図１３Ｂは、図１３Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。図１４Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。図１４Ｂは、図１４Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。図１５Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。図１５Ｂは、図１５Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。図１５Ｃは、図１５Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＢ−Ｂ部分に沿った断面図である。 In the accompanying drawings forming part of the specification:
FIG. 1A is a front view of a load sensing bearing assembly of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view along the AA portion of the load sensing bearing assembly of FIG. 1A. FIG. 2A is a front view of another form of load sensing bearing assembly of the present invention. 2B is a cross-sectional view along the AA portion of the load sensing bearing assembly of FIG. 2A. FIG. 3A is a front view of another form of load sensing bearing assembly of the present invention. FIG. 3B is a cross-sectional view along the AA portion of the load sensing bearing assembly of FIG. 3A. FIG. 4A is a front view of a load sensing bearing assembly according to another embodiment of the present invention. FIG. 4B is a cross-sectional view along the AA portion of the load sensing bearing assembly of FIG. 4A. FIG. 5A is a front view of another form of load sensing bearing assembly of the present invention. FIG. 5B is a cross-sectional view along the AA portion of the load sensing bearing assembly of FIG. 5A. FIG. 6A is a front view of a load sensing bearing assembly according to another embodiment of the present invention. 6B is a cross-sectional view along the AA portion of the load sensing bearing assembly of FIG. 6A. FIG. 7A is a front view of a load sensing bearing assembly according to another embodiment of the present invention. FIG. 7B is a cross-sectional view along the AA portion of the load sensing bearing assembly of FIG. 7A. FIG. 8A is a front view of another form of load sensing bearing assembly of the present invention. FIG. 8B is a cross-sectional view of the load sensing bearing assembly of FIG. FIG. 9A is a front view of a load sensing bearing assembly according to another embodiment of the present invention. FIG. 9B is a cross-sectional view along the AA portion of the load sensing bearing assembly of FIG. 9A. FIG. 10A is a front view of a load sensing bearing assembly according to another embodiment of the present invention. FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line AA of the load detection bearing assembly of FIG. 10A. FIG. 11A is a front view of a load sensing bearing assembly according to another embodiment of the present invention. FIG. 11B is a cross-sectional view along the AA portion of the load sensing bearing assembly of FIG. 11A. FIG. 12A is a front view of a load sensing bearing assembly according to another embodiment of the present invention. 12B is a cross-sectional view along the AA portion of the load sensing bearing assembly of FIG. 12A. FIG. 13A is a front view of a load sensing bearing assembly according to another embodiment of the present invention. FIG. 13B is a cross-sectional view of the load sensing bearing assembly of FIG. 13A along section AA. FIG. 14A is a front view of a load sensing bearing assembly according to another embodiment of the present invention. 14B is a cross-sectional view along the AA portion of the load sensing bearing assembly of FIG. 14A. FIG. 15A is a front view of a load sensing bearing assembly according to another embodiment of the present invention. FIG. 15B is a cross-sectional view along the AA portion of the load sensing bearing assembly of FIG. 15A. FIG. 15C is a cross-sectional view of the load sensing bearing assembly of FIG. 15A along the BB portion.

Claims

A load sensing bearing assembly attached to an applicable structure,
Bearing outer race,
An anisotropic spring region, which is a support structure for fixing the bearing outer race to the application structure, and is set to allow a limited range of movement between the bearing outer race and the application structure. Including at least one of
A set of sensor modules disposed on the support structure, the load detecting bearing comprising: a set of sensor modules configured to emit a set of signals corresponding to forces and moments applied to the bearing outer race assembly.

The load sensing bearing assembly of claim 1, wherein the set of sensor modules is configured to emit a set of signals corresponding to a radial force applied to the bearing outer race.

The load sensing bearing assembly of claim 1, wherein the set of sensor modules is configured to emit a set of signals corresponding to a thrust applied to the bearing outer race.

The load sensing bearing assembly of claim 1, wherein the set of sensor modules is configured to emit a set of signals corresponding to a tilt moment applied to the bearing outer race.

The load detection bearing assembly according to claim 1, wherein the set of sensor modules includes at least one sensor module selected from the group consisting of a displacement sensor, a strain sensor, and a rotation sensor.

6. The load sensing bearing assembly according to claim 5, wherein the set of sensor modules further includes at least one sensor module selected from the group consisting of a temperature sensor, a speed sensor, an accelerometer, and a vibration sensor.

The set of sensor modules is a mechanical sensor, an optical sensor, an electro-optic sensor, an optical fiber sensor, a capacitance sensor, an inductive sensor, a resistance sensor, a piezoresistive sensor, a micro electro mechanical system (MEMS) sensor, a vibration wire sensor, an ultrasonic sensor. The load sensing bearing assembly of claim 1, comprising at least one sensor module selected from the group consisting of: a magnetic sensor, a magnetostrictive sensor, a resonance sensor, a tunnel sensor, an atomic force sensor, or a semiconductor sensor.

The load sensing bearing assembly of claim 1, wherein the set of sensor modules includes at least one sensor module selected from the group consisting of a quarter bridge sensor, a half bridge, or a full bridge sensor.

The load sensing bearing assembly of claim 1, wherein at least one sensor module of the set of sensor modules is disposed within the support structure.

The load sensing bearing assembly of claim 1, wherein at least one sensor module of the set of sensor modules is disposed on an outer surface of the support structure.

The load sensing bearing assembly of claim 1, wherein at least one sensor module of the set of sensor modules is disposed beyond a gap in the support structure.

The load sensing bearing assembly according to claim 1, wherein the support structure is integrally formed with the application structure.

The load sensing bearing assembly according to claim 1, wherein the bearing outer race is integrally formed with the support structure.

The load sensing bearing assembly of claim 1, wherein the support structure further comprises a plurality of anisotropic spring regions disposed equidistantly about a longitudinal axis of the bearing outer race.

The load sensing bearing assembly of claim 1, wherein at least one of the anisotropic spring regions is configured to allow a limited range of radial displacement between the bearing outer race and the application structure. .

The load sensing bearing assembly according to claim 1, wherein at least one of the anisotropic spring regions is set to allow a limited range of axial displacement between the bearing outer race and the application structure.

The load sensing bearing assembly according to claim 1, wherein at least one of the anisotropic spring regions is set to allow a limited range of rotation between the bearing outer race and the application structure.

A load sensing bearing assembly attached to an applicable structure,
Bearing outer race,
A flange assembly for fixing the bearing outer race to the application structure, comprising an annular inner flange and an annular outer flange, wherein the annular inner flange and the annular outer flange are separated by a gap;
At least one anisotropic spring region that couples the annular inner flange to the annular outer flange beyond the gap so as to allow a limited range of movement between the bearing outer race and the application structure. What is set,
A set of sensor modules disposed on the flange assembly configured to emit a set of signals corresponding to forces and moments applied to the bearing outer race;
Including load sensing bearing assembly.

The load sensing bearing assembly of claim 18, wherein at least one sensor module is disposed beyond the air gap.

The at least one anisotropic spring region is
Axle beam,
An inner beam connecting the annular inner flange to a first longitudinal end of the shaft beam;
An outer lateral beam connecting the annular outer flange to a second longitudinal end of the axial beam opposite the first end;
An inner groove is defined by the shaft beam, the inner side beam, and the annular inner flange,
An outer groove is defined by the shaft beam, the outer side beam, and the annular outer flange.
The load sensing bearing assembly according to claim 18.

21. A load sensing bearing assembly according to claim 20, wherein at least one sensor module is disposed on a surface of the inner beam substantially oriented at a radial centerline of the inner beam.

21. The load sensing bearing assembly of claim 20, wherein at least one sensor module is disposed beyond the outer groove substantially oriented at a radial centerline of the outer groove.

The at least one anisotropic spring region is
Connecting element,
A set of radially inner spokes connecting the ends of the connecting element to the annular inner flange;
A radially outer spoke connecting the connecting element to the annular outer flange, oriented in a radial centerline of the connecting element;
Including
A closed groove is defined by the set of radially inner spokes, the connecting element, and the annular inner flange;
The load sensing bearing assembly according to claim 18.

24. A load sensing bearing assembly according to claim 23, wherein the at least one sensor module is a displacement sensor disposed beyond the closing groove on a radial centerline between the connecting element and the annular inner flange.

24. The load sensing bearing of claim 23, wherein the set of sensor modules includes at least one set of strain sensor modules disposed on a surface of the connecting element between each of the radially inner spokes and the radially outer spokes. assembly.

24. The load sensing bearing assembly of claim 23, wherein the set of sensor modules includes at least one speed sensor operably coupled to the bearing outer race.

The at least one anisotropic spring region includes a radial spoke that couples the annular inner flange to the annular outer flange, the radial spoke having a first groove spanning a width of a first surface of the radial spoke. And a second groove spanning the width of the second face of the radial spoke opposite the first face, the first groove adjacent to the annular inner flange, the second groove being the first groove The load sensing bearing assembly of claim 18, located radially outward of the one groove.

A load sensing bearing assembly attached to an applicable structure,
Bearing outer race,
A support structure for fixing the bearing outer race to the application structure, comprising an annular anisotropic spring region having a plurality of slots parallel to a longitudinal axis of the bearing outer race, the slot being the bearing A set of sensor modules arranged to allow a limited range of movement between the outer race and the application structure; and a set of sensor modules disposed in the slot, wherein the sensor module is applied to the bearing outer race. Set to emit a set of signals corresponding to the force and moment
Including load sensing bearing assembly.

30. The load sensing bearing assembly of claim 29 further comprising an elastic filler material in the slot.

A load sensing bearing assembly attached to an applicable structure,
Bearing outer race,
A plurality of projecting flanges arranged at equal intervals around the circumference of the bearing outer race and for fixing the bearing outer race to the application structure, each being limited between the bearing outer race and the application structure Including a slot oriented in the radial centerline of the protruding flange, and a set of sensor modules disposed within the slot, wherein the set of sensor modules is applied to the bearing outer race Set to emit a set of signals corresponding to forces and moments,
Including load sensing bearing assembly.

A load sensing bearing assembly attached to an applicable structure,
Bearing outer race,
A rectangular support structure for fixing the bearing outer race in an oversized opening in an application structure, having an offset side surface, and a set of sensor modules coupled between the offset side surface and the application structure Are set to emit a set of signals corresponding to the forces and moments applied to the bearing outer race,
Including load sensing bearing assembly.

33. The load sensing bearing assembly of claim 32, wherein an elastic material is disposed within an oversized opening between the application structure and the bearing outer race.

A load sensing bearing assembly attached to an applicable structure,
Bearing outer race,
A plurality of mounting columns arranged at equal distances around the circumference of the bearing outer race for fixing the bearing outer race to the application structure, each between the bearing outer race and the application structure A set of sensor modules, including an axially raised surface in contact with the application structure, and disposed on at least one side of the plurality of mounting posts, allowing a limited range of movement; , Set to emit a set of signals corresponding to the forces and moments applied to the bearing outer race,
Including load sensing bearing assembly.

A load sensing bearing assembly attached to an applicable structure,
Bearing outer race,
An annular support structure for fixing the bearing outer race to the application structure, wherein the at least one different structure is set so that a limited range of movement is possible between the bearing outer race and the application structure. Including a plurality of slots defining a direction spring region;
A set of sensor modules disposed on the annular support structure, wherein the set is configured to emit a set of signals corresponding to forces and moments applied to the bearing outer race;
Including load sensing bearing assembly.

The set of sensor modules includes a set of displacement sensor modules and a set of strain sensor modules;
Each displacement sensor module is disposed beyond one radial center line of the plurality of slots; and
36. The load sensing bearing assembly of claim 35, wherein each strain sensor module is disposed adjacent to a mounting point between the annular support structure and the application structure.