УЗЕЛ ПОДШИПНИКА, ВКЛЮЧАЮЩИЙ В СЕБЯ ИС МЕТКУ Российский патент 2017 года по МПК G06K19/07 F16C19/00 F16C33/58 F16C41/00 G06K19/77 H04B5/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к узлу подшипника, включающему в себя ИС метку, способную осуществлять обмен данными с внешним устройством без соприкосновения с внешним устройством.

Предшествующий уровень техники

ИС метки используют технологию радиочастотной идентификации (RFID) и способны обмениваться информацией с внешними устройствами без соприкосновения с ними. Современные ИС метки становятся все меньше в размере, дешевле по себестоимости и уже широко используются в области передачи физических усилий.

ИС метки также начинают находить применение в машиностроительной области. Например, в нижеуказанных патентных документах 1 и 2 раскрываются ИС метки, прикрепляемые к частям компонентов роликовых подшипников, например в узлах колесных подшипников. В каждой из подобных ИС меток можно хранить разные виды идентификационной информации, относящейся к части компонента, к которому прикреплена ИС метка, такой как информация о типе части компонента, дате изготовления, номере партии и истории производства.

При считывании информации, хранящейся в ИС метке, когда в этом возникает необходимость, например во время складского хранения, дистрибуции, при использовании или после использования соответствующей части компонента любой человек может получить немедленный доступ к идентификационной информации, относящейся к части компонента. Это позволяет отказаться от использования старого подхода, когда при проведении техобслуживания или в случае поломки части компонента приходилось искать идентификационную информацию по конкретной части компонента в компьютере или перечне компонентов машины.

Однако при использовании ИС меток в машиностроительной отрасли возникает одна проблема. Связана она с тем, что многие детали, используемые в машиностроительной отрасли, изготовлены из металла. Если прикрепить ИС метку к металлическому элементу, то ее чувствительность существенно ухудшается из-за влияния металлического элемента на магнитные потоки, формируемые антенной ИС метки. Если чувствительность ИС метки существенно ухудшается, то ИС метке становится сложно осуществлять необходимый обмен данными с внешним считывающим/записывающим устройством, либо происходит значительное сокращение дальности связи.

Известно, что если магнитные потоки, формируемые антенной ИС метки, проходят через материал, обладающий высокой проводимостью (такой как металл), или материал с высокой магнитной проницаемостью (такой как железо, никель, кобальт, их сплавы, песчаную пыль, карбонильное железо или феррит (магнитные материала)), то чувствительность ИС метки имеет тенденцию к ухудшению. Элементы, изготовленные из любого из подобных материалов, далее будут именоваться «металлическим элементом».

Поэтому, когда необходимо закрепить ИС метку к части машины, выполненной в виде металлического элемента, ИС метка приклеивается к металлическому элементу таким образом, чтобы антенна полностью выступала над поверхностью металлического элемента, либо ИС метка заделывается в полимерный элемент, закрепляемый к металлическому элементу, такому как стальной элемент или корпус датчика (см. Патентные документы 1 и 2).

Так же, как показано на фиг. 9, известно зенкование 121 в металлическом элементе М для заделывания и крепления ИС метки 101 в металлическом элементе М. Диаметр зенкования 121 увеличивается от ее дна 121а в направлении ее входа 121b на поверхности металлического элемента М.

За счет подобной компоновки, как показано стрелками на фиг. 9, части магнитных силовых линий, формируемых антенной ИС метки 101, которые проходят через металлический элемент М, являются относительно короткими, поэтому магнитные потоки без труда могут достигать антенны считывающего/записывающего устройства (не показано) (см. нижеуказанный Патентный документ 3).

Документы из предшествующего уровня техники

Патентные документы

Патентный документ 1: Японская опубликованная патентная заявка 2006-38189А.

Патентный документ 2: Японская опубликованная патентная заявка 2006-46558А.

Патентный документ 3: Японская опубликованная патентная заявка 2006-53603А.

Краткое изложение сущности изобретения

В крепежной компоновке ИС метки 101 по фиг. 9 зенкование 121 определяет зазор вокруг ИС метки 101. Зазор предназначен для сохранения определенной чувствительности между ИС меткой 101 и считывающим/записывающим устройством.

Однако в данной компоновке также невозможно полностью предотвратить прохождение магнитных потоков, формируемых антенной ИС метки 101, через металлический элемент М. Это связано с тем, что магнитные силовые линии выходят из антенны в направлениях, которые, по существу, параллельны поверхности металлического элемента (направо и налево на фиг. 9), а затем изгибаются (вверх на фиг. 9) в сторону внешнего считывающего/записывающего устройства. Поскольку магнитный поток проходит через магнитный элемент М, чувствительность между ИС меткой 101 и считывающим/записывающим устройством неизбежно падает.

Одним из способов ослабления влияния металлического элемента М на магнитный поток является увеличение диаметра зенкования 121. Однако при увеличении диаметра зенкования 121 ослабевает прочность крепления ИС метки на месте. Также, вследствие увеличения зазора вокруг ИС метки 101, увеличивается вероятность повреждения ИС метки 101.

Взаимодействие между металлическим элементом М и магнитными потоками подробно рассмотрено со ссылкой на фиг. 10, где показана стандартная типовая система RFID.

Система RFID на фиг. 10 включает в себя считывающее/записывающее устройство 110, снабженное антенной 114 (данная антенна далее будет именоваться «считывающей/записывающей антенной»), соединенной со считывающим/записывающим элементом. Для того чтобы считывающее/записывающее устройство 110 могло одновременно считывать информацию, хранящуюся в большом количестве ИС меток (RFID меток) 101, удаленных на значительные расстояния от считывающего/записывающего устройства 110 и друг от друга, считывающая/записывающая антенна 114 имеет достаточно большой размер. Для считывания информации с ИС меток, на значительное пространство распространяются силовые линии магнитного поля с частотой 13,56 МГц.

Магнитный поток от считывающей/записывающей антенны 114 принимается антенной 104 (антенной метки) любой из ИС меток 101, находящихся в зоне действия магнитного поля. При приеме магнитного потока любой из ИС меток 101 магнитное поле используется в качестве источника электропитания для приведения в действие интегральной микросхемы 103 ИС метки 101. Интегральная микросхема 103 выполняет необходимые действия и возвращает данные с результатами на считывающее/записывающее устройство путем модулирования принятых магнитных сигналов.

Для того чтобы подобная система эффективно работала, считывающее/записывающее устройство 110 включает в себя схему 113, которая синхронизирует антенный контур считывающего/записывающего устройства 110 и антенный контур ИС метки 101 на рабочей частоте, т.е. 13.56 МГц, одновременно согласуя их.

Существует несколько причин, способных ухудшить работу ИС меток в случае наличия вблизи системы металлических элементов (таких как проводящие элементы или магнитные элементы).

Во-первых, между металлическим элементом, находящимся рядом с системой, и считывающей/записывающей антенной 114 или антенной 104 метки может возникнуть короткое замыкание, что приведет к ослаблению магнитных потоков, формируемых считывающей/записывающей антенной 114, уменьшив тем самым количество энергии, передаваемой на ИС метки 101, что в свою очередь снизит чувствительность ИС меток.

То есть когда контуры магнитных потоков, формируемых считывающей/записывающей антенной 114, пересекают металлические элементы М, возникают вихревые токи, вихревые токи вызывают нагрев при протекании по замкнутому контуру. Это уменьшает количество энергии, передаваемой на RFID метки. Также из-за сокращения передаваемой энергии расстояние, на которое отклики с соответствующих RFID меток передаются на считывающую/записывающую антенну 114, уменьшается, что может полностью нарушить обмен данными.

Одним из эффективных способов предотвращения подобной ситуации является уменьшение количества силовых магнитных линий, проходящих по короткозамкнутому контуру. Это количество можно уменьшить, например, за счет установки магнитного экрана между ИС меткой 101 и металлическим элементом М.

Во-вторых, металлический элемент (проводящий элемент), находящийся вблизи резонансного контура, может смещать резонансную частоту.

Согласно принципу электромагнетизма, при прохождении магнитного потока через проводящий элемент, индуктивность катушки, образующей индуктивно-емкостной резонансный контур, по существу, уменьшается, увеличивая тем самым резонансную частоту. В свою очередь, магнитный элемент, находящийся вблизи резонансного контура, увеличивает магнитные потоки, проходящие через катушку, пропорционально магнитной проницаемости, тем самым, по существу, увеличивая индуктивность и уменьшая резонансную частоту.

Другими словами, поскольку с целью увеличения дальности связи ИС метки 101 добротность Q на резонансной частоте устанавливается достаточно большой, эффективность передачи остается высокой пока частоты совпадают. Однако в случае смещения частоты эффективность передачи резко падает, снижая тем самым чувствительность ИС метки 101.

Одним из эффективных способов предотвращения подобной ситуации является корректировка резонансной частоты резонансного контура для заблаговременного устранения изменений резонансной частоты. Другой путь заключается в помещении магнитного экрана между металлическим элементом и резонансным контуром для ослабления влияния магнитного элемента. За счет помещения магнитного экрана, который эффективен для устранения вышеуказанной первой проблемы, между металлическим элементом и резонансным контуром появляется возможность корректировки контура таким образом, чтобы индуктивность увеличивалась. Поэтому при корректировке резонансной частоты необходимо учитывать влияние всех факторов.

Однако ни одна из подобных традиционных мер не позволяет полностью исключить влияние металлических элементов, поэтому если ИС метку необходимо закрепить к металлическому элементу, то ее чувствительность неизбежно ухудшится. Ни одна из подобных мер не позволяет создать надежно работающую систему RFID из-за того, что, например, одна мера требует использования исключительно малой антенны, а другая мера не позволяет создать достаточный зазор вокруг металлического элемента или магнитного элемента и ИС метки.

Задачей настоящего изобретения является создание узла подшипника, включающего в себя роликовый подшипник и ИС метку бесконтактного коммуникационного типа, которая закреплена к металлическому элементу роликового подшипника и которая выполнена таким образом, чтобы можно было осуществлять надежный обмен информацией между ИС меткой и внешним считывающим/записывающим устройством.

Средства достижения задачи

Для достижения данной задачи настоящим изобретением предлагается узел подшипника, содержащий роликовый подшипник, включающий в себя внешнюю обойму, внутреннюю обойму и тела качения, находящиеся между внешней обоймой и внутренней обоймой, и ИС метку, способную осуществлять обмен данными с внешним считывающим/записывающим устройством без соприкосновения со считывающим/записывающим устройством, прикрепленную к металлическому элементу роликового подшипника, при этом ИС метка включает в себя антенну метки и выполнена таким образом, чтобы можно было осуществлять обмен информацией между антенной метки и считывающей/записывающей антенной считывающего/записывающего устройства посредством формирования замкнутого магнитного контура между антенной метки и считывающей/записывающей антенной; ИС метка помещается в отверстие, образованное на поверхности металлического элемента, антенна метки включает в себя несколько выступов, обращенных в сторону входа отверстия, выступы расположены таким образом, чтобы магнитный поток, выходящий из выступов и/или входящий в выступы, проходил в пределах кромки, ограничивающей отверстие, и выходил наружу из отверстия, в результате может осуществляться обмен информацией между ИС меткой и считывающим/записывающим устройством.

В подобной компоновке обмен информацией происходит между ИС меткой на узле подшипника и (внешним) считывающим/записывающим устройством, которое является отдельным от узла подшипника элементом.

Считывающее/записывающее устройство включает в себя считывающую/записывающую антенну, способную принимать информацию от антенны ИС метки и передавать информацию на антенну метки. Выступы расположены таким образом, чтобы магнитный поток, выходящий из выступов, проходил в пределах кромки, ограничивающей вход отверстия, и выходил наружу из отверстия, образуя таким образом замкнутый магнитный контур между антенной метки и считывающей/записывающей антенной. Считывающее/записывающее устройство и считывающая/записывающая антенна не ограничены какой-то определенной конструкцией, при условии, что они обеспечивают обмен информацией с ИС меткой через замкнутый магнитный контур.

Например, считывающая/записывающая антенна может включать в себя, также как и антенна метки, по меньшей мере несколько выступов, расположенных оппозитно соответствующим выступам на антенне метки.

В подобной компоновке магнитные потоки, посредством которых происходит обмен информацией, не проходят через металлический элемент.

Если магнитные потоки между считывающей/записывающей антенной считывающего/записывающего устройства и антенной ИС метки замыкаются между этими двумя антеннами таким образом, что магнитные потоки никогда не выходят за пределы антенн, можно исключить влияние окружающего металлического элемента на замкнутый магнитный контур.

В одной из компоновок несколько выступов являются частями сердечника, изготовленного из материала с высокой магнитной проницаемостью, и включающего в себя основание, посредством которого выступы соединены между собой, антенна метки дополнительно содержит провод, изготовленный из проводящего материала, намотанный вокруг основания или выступов, а ИС метка дополнительно содержит интегральную микросхему, соединенную с двумя концами провода. Сердечник может быть одной из нескольких частей тороидального сердечника, полученных за счет окружного разбиения тороидального сердечника.

В другой компоновке несколько выступов являются частями сердечника, изготовленного из материала с высокой магнитной проницаемостью, и включающего в себя основание, посредством которого выступы соединены между собой, первый выступ окружен другим или другими выступами, антенна метки дополнительно содержит провод, изготовленный из проводящего материала, намотанный вокруг первого выступа, а ИС метка дополнительно содержит интегральную микросхему, соединенную с двумя концами провода.

Данные компоновки будут рассмотрены более подробно. Трансформаторы и катушки индуктивности являются хорошо известными средствами, позволяющими эффективно передавать электропитание или сигналы. В подобных трансформаторах или катушках индуктивности с целью эффективного направления магнитных потоков, создаваемых первой катушкой индуктивности, на вторую катушку индуктивности используется пластина из кремнистой стали с ферритовым сердечником, обладающим более высокой магнитной проницаемостью, чем воздух, через которую магнитные потоки могут легко проходить и которая замыкает магнитные потоки, обеспечивая тем самым эффективную передачу электропитания и сигналов.

Согласно настоящему изобретению две катушки индуктивности, аналогичные тем, что используются в вышеуказанных конструкциях, используются соответственно в считывающей/записывающей антенне и антенне метки. Две катушки индуктивности (которые являются проводящими проводами) намотаны вокруг соответствующих сердечников, изготовленных из материала с высокой магнитной проницаемостью, и образующих магнитный контур, образуя тем самым систему из меток.

Поскольку сердечник считывающей/записывающей антенны изготовлен из материала с высокой магнитной проницаемостью, такого как ферромагнитный материал, магнитные потоки, создаваемые считывающей/записывающей антенной, имеют более высокую плотность, а следовательно, более высокий коэффициент связи, чем у обычных воздушных антенн. Подобные магнитные потоки преимущественно замыкаются внутри магнитного сердечника, имеющего более высокую магнитную проницаемость, чем воздух, для того, чтобы уменьшить утечку магнитного потока наружу.

Это предотвращает ухудшение производительности ИС метки из-за утечки магнитного потока даже в случае использования металлического элемента (такого как вышеуказанные проводящие материалы или магнитные элементы) вблизи ИС метки.

То же самое касается и антенны метки. В одной из компоновок, где считывающая/записывающая антенна (в частности, ее сердечник, вокруг которого намотан проводник) расположена таким образом, чтобы она была обращена в сторону антенны метки (в частности, ее сердечника, вокруг которого намотан проводник), система функционирует приемлемо не только когда сердечники взаимодействуют друг с другом, но также когда между ними имеется зазор, хотя в последнем случае коэффициент связи уменьшается, а резонансная частота смещается.

Если катушки индуктивности намотаны вокруг пары соответствующих сердечников, изготовленных из материала с высокой магнитной проницаемостью, то индуктивность сердечников увеличивается. Индуктивность сердечников является наибольшей, если сердечники RFID метки и антенна находятся в тесном контакте друг с другом и постепенно уменьшается при увеличении расстояния между ними. Этот коэффициент называется коэффициентом индуктивного сопротивления (AL).

Поскольку индуктивность сердечников меняется при изменении расстояния между сердечниками, то количество витков в каждой катушке предпочтительно регулируют таким образом, чтобы добиться оптимальной индуктивности в положении, при котором коммуникационное расстояние является максимальным.

Даже в этом положении магнитные потоки, создаваемые над торцевой поверхностью одного из сердечников, принимаются торцевыми поверхностями другого сердечника, изготовленного из материала, магнитная проницаемость которого выше, чем у воздуха (в частности, торцевыми поверхностями выступов), поэтому утечка магнитного потока достаточно незначительна. Следовательно, система RFID подвержена влиянию любых находящихся вокруг нее магнитных элементов.

Далее будет рассмотрено уменьшение размера метки. В случае пассивной RFID метки, у которой нет встроенного источника питания, такого как батарейка, интегральная микросхема метки приводится в действие электрическим током, индуцируемым в катушке RFID метки за счет электромагнитной индукции от магнитного поля, излучаемого антенной считывающего устройства.

Создаваемое напряжение определяется количеством витков в катушке и площадью S-сечения катушки, если известна магнитная индукция.

Поскольку необходимое для работы минимальное напряжение на выводах определяется на основании параметров используемой интегральной микросхемы, если размер метки уменьшить до определенной величины, соответственно уменьшив площадь S-сечения катушки индуктивности, то создаваемое напряжение опустится ниже вышеуказанного минимального значения.

Напряжение, создаваемое на концах катушки индуктивности, определяется следующим образом [уравнение 1]:

Уравнение 1

где

V - создаваемое напряжение;

n - количество витков в катушке;

S - площадь сечения катушки;

В - магнитная индукция.

Таким образом, минимальный диаметр катушки индуктивности, необходимый для работы, определяется на основании магнитной индукции в области катушки индуктивности, т.е. размер катушки индуктивности можно уменьшить, увеличив магнитную индукцию.

Согласно настоящему изобретению замкнутый магнитный контур образуется антенной метки и считывающей антенной, обе антенны изготовлены из материала, обладающего высокой магнитной проницаемостью, таким образом, чтобы можно было получить напряжение, необходимое для работы интегральной микросхемы антенны метки даже при небольшом размере считывающей антенны и слабом токе, подаваемом на считывающую антенну.

Аналогичным образом, даже несмотря на малый размер антенны, можно эффективно передавать ответный сигнал от метки.

В силу вышеуказанных причин в настоящем изобретении используется небольшая RFID метка, которую невозможно использовать в традиционных компоновках.

Сердечники могут быть сформированы путем спекания или формования порошкового магнитного материала. Если сердечники формируются из тороидального сердечника, то порошковому магнитному материалу придается кольцевая (круговая) форма за счет спекания или формования, а подобный кольцевой элемент разбивается на несколько деталей в виде сердечников С-образной формы, каждый из которых включает в себя два выступа, соединенных между собой через основание. В случае использования вместо тороидального элемента сердечника элемента, имеющего форму японского символа «», тороидальный сердечник разбивается на несколько кусочков, имеющих форму японского символа «», каждый из кусочков имеет два выступа, соединенных основанием.

Сердечники, каждый из которых включает в себя несколько выступов, соединенных между собой основанием, могут формироваться при помощи других способов, помимо разбиения единственного элемента, например, путем спекания или формования порошкового магнитного материала в виде сердечников С-образной или «»-образной формы (при виде сбоку), каждый из которых включает в себя два выступа, соединенные основанием, или сердечников Е-образной формы (при виде сбоку), каждый из которых включает в себя три выступа, соединенные между собой основанием. Как вариант, сердечники могут быть сердечниками в форме горшка, каждый из которых включает в себя несколько выступов, соединенных основанием, при этом один из выступов окружен другим выступом или выступами, которые имеют круговую дугообразную форму, кольцевую или иную форму.

Вышеуказанный порошковый магнитный материал может быть, например, ферритом, карбонильным железом, железом, никелем, кобальтом или их соединениями и предпочтительно спечен или формован. Сердечники могут быть изготовлены из других материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью, помимо спеченных материалов, таких как пластина из кремнистой стали, пермаллойный материал или суперпермаллойный материал. Если не возникает проблем с потерями из-за вихревых токов, то сердечники могут изготавливаться из цельного материала вместо слоистого материала.

Сердечники предпочтительно обладают магнитной проницаемостью от 1 до 2000, практически от 2 до 100.

Сердечник и катушка индуктивности считывающей/записывающей антенны могут иметь одинаковую конструкцию и быть изготовлены из тех же материалов, что и антенна метки. Однако в целях оптимизации системы первые устройства могут отличаться по конструкции и материалу от вторых устройств.

Было установлено, что RFID система устойчиво функционирует, если расстояние между антенной ИС метки и считывающей/записывающей антенной составляет от 0 до 5 мм, а каждый сердечник имеет такую форму, чтобы его ширина составляла от 2 до 6 мм, а толщина стенок от 1 до 4 мм.

В любой из подобных компоновок ИС метка может дополнительно содержать корпус, в который помещаются антенна ИС метки и интегральная микросхема. Корпус может иметь трубчатую форму, при этом торцевые поверхности выступов сердечника обращены к соответствующему из двух «окон» (входов в отверстие) в корпусе соответствующих двух осевых торцах корпуса.

В другой компоновке ИС метка дополнительно содержит корпус с образованной в нем выемкой, в которую помещаются антенна метки и интегральная микросхема, при этом торцевые поверхности выступов обращены в сторону входа выемки.

В подобных компоновках, поскольку антенна и интегральная микросхема ИС метки помещены в корпус, вероятность любого внешнего воздействия от металлического элемента на антенну метки или интегральную схему уменьшается. Корпус также защищает антенну метки и интегральную схему от ударов и повреждений посторонними предметами.

Корпус может быть изготовлен из металла или полимера. Однако, если часть корпуса, в сторону которой обращены выступы, закрыта, то, по меньшей мере, закрытая часть корпуса предпочтительно изготавливается из материала, который не снижает чувствительность, такого как полимер.

ИС метка также может содержать уплотнение, помещаемое в зазор, образуемый между антенной метки, интегральной микросхемой и внутренней стенкой корпуса. Уплотнение предназначено для более плотного крепления антенны метки и интегральной микросхемы к корпусу, увеличивая тем самым долговечность ИС метки. Уплотнение также используется в качестве дополнительной защиты от попадания посторонних предметов в корпус. Уплотнение может быть изготовлено из полимера или резины.

ИС метка может быть закреплена на требуемом месте в отверстии при помощи адгезива. В случае использования корпуса, корпус может быть закреплен на месте в отверстии при помощи адгезива. В последней компоновке корпус может быть непосредственно прикреплен к внутренней стенке отверстия при помощи адгезива либо может быть закреплен опосредованно на внутренней стенке отверстия за счет уплотнения, которое неразъемно соединяется с корпусом после отверждения и крепится к внутренней стенке отверстия при помощи адгезива.

Адгезив может находиться в выемке для адгезива, образованной на дне отверстия. В подобной компоновке ИС метка или корпус могут быть прочно приклеены к внутренней стенке отверстия.

Корпус может быть закреплен на требуемом месте в отверстии посредством зацепления внешней резьбы, выполненной на внешней окружности корпуса, с резьбой отверстия.

При резьбовом зацеплении корпуса с отверстием в металлическом компоненте глубину помещения корпуса в отверстие можно регулировать таким образом, что становится возможным регулировать положение антенны ИС метки (в направлении глубины отверстия) относительно поверхности металлического элемента, что в свою очередь позволяет легко регулировать чувствительность метки.

Корпус предпочтительно полностью помещен в отверстие в металлическом элементе для того, чтобы обеспечить дополнительную защиту корпуса, например, от ударов и повреждений посторонними предметами.

Корпус может иметь головную часть большего диаметра, чем часть корпуса с внешней резьбой (далее именуемая «резьбовая часть»). В этом случае после ввинчивания корпуса в отверстие резьбовая часть находится рядом с дном отверстия, а головная часть находится у входа отверстия. В подобной компоновке отверстие, образованное в металлическом элементе, предпочтительно выполнено зенкованием.

На головной части корпуса может быть образована выемка, в которую могут помещаться антенна и интегральная микросхема ИС метки. Как вариант, отверстие в корпусе может быть образовано так, чтобы оно проходило через его головную часть и резьбовую часть в направлении ввинчивания корпуса в отверстие таким образом, чтобы антенна и интегральная микросхема ИС метки могли помещаться в отверстие, образованное в корпусе.

Кроме этого, как вариант, корпус может иметь форму столбчатого или цилиндрического установочного винта, т.е. элемента без шляпки. В подобной компоновке антенна и интегральная микросхема ИС метки могут помещаться в выемку, образованную на торцевой поверхности корпуса, обращенную в сторону поверхности металлического элемента. В ином случае антенна и интегральная микросхема ИС метки могут помещаться в выемку, образованную в корпусе, проходя через нее по всей длине в направлении, в котором корпус ввинчивается в отверстие в металлическом элементе.

В компоновках, где внешняя резьба образована на корпусе, адгезив может наноситься между внешней резьбой и внутренней стенкой отверстия. В подобной компоновке адгезив предотвращает ослабление резьбового зацепления.

Преимущества изобретения

Система по настоящему изобретению выполнена таким образом, чтобы магнитный поток, посредством которого информация передается и принимается, не проходил через металлический элемент. В частности, согласно настоящему изобретению появляется возможность замкнуть магнитные силовые линии, которые соединяют считывающую/записывающую антенну считывающего/записывающего устройства с антенной ИС метки, между подобными антеннами таким образом, чтобы исключить их утечку наружу. Это защищает замкнутый магнитный контур от влияния со стороны примыкающего металлического элемента, что в свою очередь позволяет надежно осуществлять обмен информацией между ИС меткой металлического элемента роликового подшипника и внешним считывающим/записывающим устройством.

В частности, магнитный поток, выходящий из выступов антенны ИС метки, преимущественно «поглощается» соответствующими выступами считывающей/записывающей антенны считывающего/записывающего устройства, а магнитный поток, выходящий из выступов считывающей/записывающей антенны, преимущественно «поглощается» соответствующими выступами антенны метки. Поэтому, даже если ИС метка заделывается в металлический элемент, металлический элемент не будет оказывать заметного влияния на обмен информацией между ИС меткой и считывающим/записывающим устройством.

Использование в антенном модуле считывающего/записывающего устройства и в модуле ИС метки, который содержит антенну метки, интегральную микросхему и т.п., материала, который обладает термостойкостью, стойкостью к химическому воздействию и водонепроницаемостью, позволяет увеличить долговечность RFID системы.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан частичный укрупненный вид в сечении узла подшипника, включающего в себя ИС метку, по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фигурах 2(а) и 2(b) показан принцип действия ИС метки и считывающего/записывающего устройства, при этом на фиг. 2(а) показан частичный вид в сечении, в котором ИС метка и считывающее/записывающее устройство расположены рядом друг с другом, а на фиг. 2(b) показан вид снизу, в плане металлического элемента, в который заделана ИС метка.

На фигурах 3 (а) и 3(b) показаны виды, аналогичные видам на фигурах 2(а) и 2(b), a также показана другая ИС метка, при этом на фиг. 3(а) показан частичный вид в сечении положения, при котором ИС метка и считывающее/записывающее устройство расположены рядом друг с другом, а на фиг. 3(b) показан вид снизу, в плане металлического элемента, в который заделана ИС метка.

На фигурах 4 (а) и 4(b) показаны виды, аналогичные видам на фигурах 2(а) и 2(b), a также показана еще одна ИС метка, при этом на фиг. 4(а) показан частичный вид в сечении, в котором ИС метка и считывающее/записывающее устройство расположены рядом друг с другом, а на фиг. 4(b) показан вид снизу, в плане металлического элемента, в который заделана ИС метка.

На фигурах 5(а)-5(с) показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, при этом на фиг. 5(а) показан частичный вид в сечении, в котором ИС метка и считывающее/записывающее устройство расположены рядом друг с другом, на фиг. 5(b) изображен вид в перспективе, на котором показано положение, в котором ИС метка и считывающее/записывающее устройство расположены рядом друг с другом, а на фиг. 5(с) показан вид снизу, в плане ИС метки.

На фигурах 6(а), 6(b) и 6(с) показаны виды в сечении разных монтажных конструкций, посредством которых ИС метка устанавливается в металлическом элементе.

На фигурах 7(а), 7(b), 7(с) и 7(d) соответственно показаны вид в плане, вид спереди, вид в сечении и вид в перспективе корпуса.

На фиг. 8 схематически показано положение, в котором ИС метка и считывающее/записывающее устройство расположены рядом друг с другом.

На фиг. 9 показан вид в сечении типового примера.

На фиг. 10 показано положение, в котором типовая ИС метка и считывающее/записывающее устройство расположены рядом друг с другом.

Наилучший способ осуществления изобретения

Вариант осуществления изобретения будет рассмотрен со ссылкой на чертежи.

На фиг. 1 показан данный вариант осуществления, где узел подшипника включает в себя два роликовых подшипника, каждый из которых включает в себя внешнюю обойму 1, внутреннюю обойму 2 и тела качения 3, расположенные между внутренней и внешней обоймами. ИС метки 20, способные осуществлять обмен данными бесконтактным образом, прикреплены к соответствующим металлическим элементам М роликовых подшипников 10 (первому роликовому подшипнику 10).

В данном варианте осуществления роликовые подшипники являются коническими роликовыми подшипниками. Однако они также могут быть подшипниками другого типа, например цилиндрическими роликовыми подшипниками или шариковыми подшипниками.

Внешнее считывающее/записывающее устройство 40 используется для обмена информацией с ИС метками узла подшипника (фигуры 2-4).

Как показано на фиг. 1, ИС метки 20 помещены в отверстия 11, открытые с осевых торцов, во внешней обойме 1 и внутренней обойме, соответственно, обе обоймы являются металлическими элементами М. Однако ИС метки 20 могут быть прикреплены к другим металлическим элементам М, помимо внешней обоймы 1 и внутренней обоймы.

В данном варианте осуществления прижимной элемент 5, расположенный с левой стороны внутренней обоймы 2 первого роликового подшипника 10 по фиг. 1, прижимает внутреннюю обойму 2 вправо на фиг. 1, тем самым предварительно нагружая подшипник. Поэтому для считывания информации, хранящейся в ИС метке 20, прикрепленной к внутренней обойме 2, необходимо открыть данную ИС метку 20, например, путем отвода прижимного элемента 5, перед перемещением считывающего/записывающего устройства 40 ближе к ИС метке 20.

Для считывания информации, хранящейся в ИС метке 20, прикрепленной к внешней обойме 1, также необходимо разобрать роликовый подшипник 10 и расположенные вокруг него элементы таким образом, чтобы считывающее/записывающее устройство 40 можно было придвинуть достаточно близко к ИС метке 20.

Нет необходимости упоминать о том, что если считывающее/записывающее устройство 40 можно придвинуть достаточно близко к ИС метке 20 без разборки подшипника и расположенных вокруг него элементов, то необходимость в подобной разборке отпадает.

Далее будут рассмотрены ИС метки 20. Каждая ИС метка 20 включает в себя антенну 24 метки, содержащую сердечник из материала с высокой магнитной проницаемостью, и проводящий провод 21, намотанный вокруг сердечника 22. К числу материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью, относятся ферромагнитные материалы, такие как железо, никель, кобальт, их соединения, песчаная пыль, карбонильное железо и ферриты.

Как показано на фиг. 2, сердечник 22 включает в себя два закругленных дугообразных выступа 22а и 22с, проходящие в одинаковом направлении и соединенные между собой посредством закругленного дугообразного основания 22b. Сердечник 22, таким образом, в целом, имеет С-образную форму на боковом виде ИС метки. Поэтому выступы 22а и 22с антенны 24 метки определяют соответствующие торцы С-образного сердечника.

По данному варианту осуществления сердечник 22 является одной из двух частей кольцевого тороидального сердечника, полученного при разбиении «кольца» тороидального сердечника. Тороидальный сердечник образован путем спекания порошкового магнитного материала и придания ему кольцевой формы. Порошковый магнитный материал может быть, например, карбонильным железом или ферритом. Вместо разбиения тороидального сердечника, сердечник может быть получен путем спекания порошкового магнитного материала и придания ему вышеуказанной С-образной формы.

По данному варианту осуществления у каждого из выступов 22а и 22с имеется плоская торцевая поверхность 22d. Это объясняется тем, что плоская торцевая поверхность 22d стабилизирует магнитный поток.

Плоские торцевые поверхности предпочтительно расположены в одной общей плоскости. Однако они также могут находиться не в одной плоскости. В частности, взаимное расположение между плоскими поверхностями не ограничено при условии, что метка продолжает сохранять достаточную чувствительность. (Например, плоские поверхности могут быть смещены друг от друга в направлении вытянутости выступов 22а и 22с или в направлении линии, соединяющей между собой выступы 22а и 22с.) Ориентация плоских поверхностей также не ограничена при условии, что метка продолжает сохранять достаточную чувствительность.

Интегральная микросхема 23 соединена с концами провода 21, намотанного вокруг сердечника 22. Интегральная микросхема 23 активируется магнитным полем, принимаемым антенной 24 метки от считывающей/записывающей антенны 44 (которая будет рассмотрена ниже), для осуществления необходимой обработки и передачи результатов обработки путем модифицирования принятого магнитного поля.

Как показано на фиг. 2, выступы 22а и 22с антенны 24 метки расположены в отверстии 11 металлического элемента М таким образом, чтобы их торцевые поверхности были обращены в сторону открытой части отверстия 11.

Далее будет рассмотрено считывающее/записывающее устройство 40. Считывающая/записывающая антенна 44 считывающего/записывающего устройства 40 аналогична антенне 24 метки и включает в себя сердечник 42 из материала, обладающего высокой магнитной проницаемостью, и проводящий провод 41, намотанный вокруг сердечника 42. Материал сердечника 42 может быть таким же, как у сердечника 22 антенны 24 метки.

Сердечник 42 считывающей/записывающей антенны 44 идентичен по форме сердечнику 22 антенны 24 метки. Поэтому, как показано на фиг. 2, сердечник 42 включает в себя закругленные дугообразные выступы 42а и 42с, проходящие в том же направлении и соединенные между собой посредством дугообразного основания 42b. Сердечник 42, таким образом, в целом, имеет С-образную форму при виде ИС метки сбоку. Поэтому выступы 42а и 42с считывающей/записывающей антенны 44 определяют соответствующие торцы С-образного сердечника 42. Сердечник 42 является одной из двух частей кольцевого тороидального сердечника, полученного за счет окружного разбиения тороидального сердечника.

Оба конца провода 41, намотанного вокруг сердечника 42, соединены с соответствующим контуром 45 считывающего/записывающего элемента 43 считывающего/записывающего устройства 40.

Поскольку антенные выводы обычных считывающих/записывающих элементов имеют импеданс в 50 Ом, то индуктивность антенной катушки регулируется для получения 50 Ом с помощью согласующей схемы, так чтобы выходные данные со считывающего/записывающего элемента могли эффективно передаваться на антенну, и сигнал от метки мог приниматься считывающим/записывающим элементом без затухания.

Для осуществления обмена информацией между ИС меткой 20 и считывающим/записывающим устройством 40 производится включение считывающего/записывающего устройства 40 для того, чтобы устройство 40 могло передавать и принимать сигналы, считывающая/записывающая антенна 44 перемещается до положения, показанного на фиг. 2, где ее выступы 42а и 42с выровнены с соответствующими выступами 22а и 22с антенны 24 метки.

В этом положении, как показано стрелками на фиг. 2, магнитные силовые линии, выходящие (и входящие) из соответствующих выступов 22а и 22с антенны 24 метки, преимущественно проходят через отверстие 11 в металлическом элементе М, т.е. проходят внутри объема, ограниченного кромкой отверстия 11, наружу отверстия 11. Таким образом, ИС метка 20 и считывающее/записывающее устройство 40 могут образовывать замкнутый магнитный контур, обладающий достаточно высокой чувствительностью для обеспечения обмена информацией между ИС меткой 20 и считывающим/записывающим устройством 40.

Поскольку сердечники 22 и 42 образованы путем разбиения кольцевого тороидного сердечника, обладающего высокой магнитной проницаемостью, то после намотки проводящего проводника вокруг каждого сердечника в виде катушки, магнитный поток, создаваемый каждой катушкой, преимущественно остается в сердечнике и почти не выходит из сердечника. Поэтому, даже при заделывании ИС метки 20 в металлический элемент М, металлический элемент М практически не оказывает влияния на магнитный поток. За счет того, что антенна 24 метки и считывающая/записывающая антенна 44, которые имеют идентичную конструкцию, обращены одна к другой, антенны 22 и 44 образуют кольцевой элемент, идентичный по форме тороидальному сердечнику. Поэтому между ними можно осуществлять надежный обмен информацией.

Например, магнитный поток, выходящий из выступа 22а антенны 24 ИС метки 20 преимущественно поступает в выступ 42а считывающей/записывающей антенны 44 считывающего/записывающего устройства 40, который обращен к выступу 22а, тогда как магнитный поток, выходящий из выступа 42с считывающей/записывающей антенны 44 преимущественно поступает в выступ 22с антенны 24, который обращен к выступу 42с. Поэтому, несмотря на то, что ИС метка 20 заделана в металлический элемент М, металлический элемент М практически не влияет на магнитные потоки, и это позволяет осуществлять надежный обмен информацией между ИС меткой и считывающим/записывающим устройством 40.

Другое преимущество технологии замкнутого магнитного контура, используемой в системе с RFID метками, заключается в том, что магнитный поток, испускаемый антенной, фактически улавливается сердечником, поэтому количество магнитной энергии, поступающей в свободное пространство, сокращается. Это сводит к минимуму влияние системы по настоящему изобретению на другое электронное оборудование.

В этом варианте осуществления изобретения антенна 24 и интегральная микросхема 23 ИС метки 20 помещены в трубчатый корпус 30 таким образом, что торцы 22d выступов 22а и 22с обращены в сторону одного из отверстий корпуса 30 на аксиальных торцах корпуса 30.

Поскольку антенна 24 и интегральная микросхема 23 ИС метки помещены в корпус 30, то даже в случае внешнего воздействия на металлический элемент М корпус 30 уменьшает усилие, воздействующее на антенну 24 и интегральную микросхему 23. Корпус 30 также предотвращает повреждение антенны 24 метки и интегральной микросхемы 23 от ударов посторонними предметами.

В этом варианте осуществления изобретения уплотнение помещается в зазор между антенной 24 метки, интегральной микросхемой 23 и внутренней стенкой 35 корпуса 30.

Уплотнение удерживает антенну 24 и интегральную схему 23 ИС метки 20 прочно закрепленными в определенном положении относительно корпуса 30, тем самым повышая долговечность ИС метки 20. Уплотнение также более надежно защищает корпус 30 от попадания в него посторонних предметов. Уплотнение может быть изготовлено, например, из полимера или резины. В качестве уплотнения также можно использовать адгезив.

Корпус 30, в который помещается ИС метка 20, может быть неподвижно закреплен в отверстии 11 металлического элемента М за счет непосредственной установки корпуса 30 в отверстии 11. Однако для более прочного крепления в требуемом месте корпуса 30, как показано на фиг. 2, уплотнение b предпочтительно помещается между корпусом 30 и внутренней стенкой отверстия 11 в металлическом элементе М. Уплотнение b может быть из полимера или резины, но более предпочтительно использовать адгезивный материал. За счет его упругости уплотнение b предотвращает вибрацию ИС метки 20 и деформацию корпуса 30.

Если корпус 30 не используется, то ИС метка 20 может быть закреплена в требуемом месте в отверстии 11 в металлическом элементе М за счет непосредственной установки ИС метки в отверстие 11. Однако для более надежного крепления ИС метки 20 в требуемом месте для этого также предпочтительно используется уплотнение.

На фиг. 3 показана видоизмененная ИС метка 20 из вышеуказанного варианта осуществления изобретения, в которой вместо С-образных сердечников 22 и 42

используются сердечники 22 и 42, имеющие форму японского символа «» при виде ИС метки сбоку.

Как показано на фиг. 3, каждый из сердечников 22 и 42 из данного видоизмененного примера включает в себя пару выступов 22а и 22с; 42а и 42с, проходящих по прямой линии в одинаковом направлении. Выступы 22а и 22с; 42а и 42с соединены между собой при помощи прямого основания 22b, 42b. Поэтому выступы 22а и 22с, а также выступы 42а и 42с являются торцами «»-образных сердечников 22 и 42 антенны 24 метки и считывающей/записывающей антенны 44 соответственно.

Сердечники 22 и 42 из этого видоизмененного примера могут быть образованы за счет разбиения сердечника, имеющего форму, напоминающую японский символ «». Подобный «»-образный сердечник может быть изготовлен из того же материала, который используется для тороидального сердечника. Вместо разбиения подобного «»-образного сердечника, сердечники 22 и 42 могут быть образованы индивидуально путем спекания магнитного материала таким образом, чтобы сердечники приобрели форму, напоминающую японский символ «».

На фиг. 4 показан другой видоизмененный пример ИС метки 20 из первого варианта осуществления изобретения, в которой вместо С-образньгх сердечников 22 и 42 используются сердечники 22 и 42, имеющие форму буквы «Е» на боковом виде ИС метки.

Каждый из сердечников 22 и 42 включает в себя три выступа, т.е. один выступ 22а и выступы 22с; один выступ 42а и выступы 42с, которые проходят по прямой линии в одинаковом направлении. Провода 21 и 41 намотаны вокруг выступов 22а и 42а на сердечниках 22 и 42, соответственно.

Магнитные потоки, создаваемые, например, центральными выступами 22а, преимущественно поглощаются центральными выступами 42а считывающей/записывающей антенны 44, которая обращена в сторону выступов 22а. Магнитные потоки, создаваемые выступами 42с по обоим краям считывающей/записывающей антенны 44, преимущественно поглощаются соответствующими выступами 22с антенны 24 метки, которые расположены по обоим краям антенны 24 метки таким образом, чтобы они были обращены в сторону выступов 42с.

На фиг. 5 показан другой вариант осуществления изобретения, в котором антенна 24 ИС метки 20 включает в себя сердечник 22 в виде горшка. Такой сердечник 22 включает в себя центральный закругленный столбчатый выступ (первый выступ) 22а и закругленные дугообразные выступы (вторые выступы) 22с, расположенные вокруг первого выступа 22а. Вторые выступы 22с расположены с диаметрально противоположных сторон от первого выступа 22а, образуя кольцевую периферийную стенку.

Закругленный столбчатый первый выступ 22а и закругленные дугообразные выступы 22с, расположенные вокруг выступа 22а, соединены между собой при помощи дискообразного основания 22b.

Антенна 24 ИС метки 20 также включает в себя проводящий провод 21, намотанный вокруг первого закругленного столбчатого выступа 22а. Интегральная микросхема 23 соединена с обоими концами провода 21. Провод 21 намотан вокруг первого выступа 22а сердечника 22, а его концевые части проходят через соответствующие прорези 22е, сделанные между закругленными дугообразными вторыми выступами 22с, к интегральной микросхеме 23.

Конструкция считывающей/записывающей антенны 44 аналогична конструкции антенны 24 метки 20 и включает в себя сердечник 42 в форме горшка. Такой сердечник 42 включает в себя центральный закругленный столбчатый выступ (первый выступ) 42а и закругленные дугообразные выступы (вторые выступы) 42с, расположенные вокруг первого выступа 42а. Вторые выступы 42с расположены с диаметрально противоположных сторон от первого выступа 42а, образуя кольцевую окружную стенку.

Закругленный столбчатый первый выступ 42а и закругленные дугообразные выступы 42с, расположенные вокруг выступа 42а, соединены между собой при помощи дискообразного основания 42b.

Провод 41 намотан вокруг первого выступа 42а сердечника 42, а его концы соединены с согласующей схемой 45 считывающего/записывающего элемента 43 считывающего/записывающего устройства 40. Провод 41 намотан вокруг первого выступа 42а сердечника 42, а его концевые части проходят через соответствующие прорези 42е, сделанные между закругленными дугообразными вторыми выступами 42с, к согласующей схеме 45 считывающего/записывающего элемента 43.

Поскольку антенные выводы обычных считывающих/записывающих элементов имеют импеданс в 50 Ом, то индуктивность антенной катушки регулируется для получения 50 Ом с помощью согласующей схемы таким образом, чтобы выходные данные со считывающего/записывающего элемента могли эффективно передаваться на антенну и так, чтобы сигнал от метки мог приниматься считывающим/записывающим элементом без затухания.

Для стабилизации магнитных потоков торцевые поверхности 22d и 42d центральных первых выступов 22а и 42а и вторых выступов 22с и 42с, которые образуют периферийные стенки соответствующих сердечников 22 и 42, являются плоскими.

Плоские торцевые поверхности 22а и 22с; 42а и 42с предпочтительно расположены в одной плоскости. Однако они также могут находиться не в общей плоскости. В частности, взаимное расположение между плоскими поверхностями не ограничено при условии, что метка продолжает сохранять достаточную чувствительность.

Для осуществления обмена информацией между ИС меткой 20 и считывающим/записывающим устройством 40 производится включение считывающего/записывающего устройства 40 для того, чтобы устройство 40 могло передавать и принимать сигналы, антенна 24 метки и считывающая/записывающая антенна 44 перемещается друг к другу до положения, показанного на фиг. 5(а), первый выступ 42а и вторые выступы 42с считывающей/записывающей антенны 44 выравниваются соответственно с первым выступом 22а и вторыми выступами 22с антенны 24 метки.

В этом положении, как показано стрелками на фиг. 5(а), магнитные потоки, выходящие из соответствующих выступов 22а и 22с (и входящие в выступы) антенны 24 метки, преимущественно проходят через отверстие 11 в металлическом элементе М, т.е. проходят во внутреннем объеме отверстия 11, наружу из отверстия 11. Таким образом, ИС метка 20 и считывающее/записывающее устройство 40 могут образовывать замкнутый магнитный контур, обладающий достаточно высокой чувствительностью для обеспечения обмена информацией между ИС меткой 20 и считывающим/записывающим устройством 40.

Например, как показано на фиг. 5(а), магнитные потоки, выходящие от центрального выступа 22а антенны 24 ИС метки 20, преимущественно поглощаются первым центральным выступом 42а считывающей/записывающей антенны 44, обращенным к выступу 22а, тогда как магнитные потоки, выходящие из вторых выступов 42с считывающей/записывающей антенны 44, преимущественно поглощаются вторыми выступами 22с антенны 24 метки, обращенными к соответствующим вторым выступам 42с.

Поскольку антенна 24 метки и считывающая/записывающая антенна 44 идентичны по форме и размеру, а первые выступы 22а, 42а каждой антенны окружены вторыми выступами 22с, 42с, которые образуют круговую стенку на виде в плане, то за счет простого выравнивания первых выступов 22а и 42а друг с другом (так, чтобы они располагались коаксиально друг с другом), вторые выступы 22с и 42с становятся обращенными в сторону друг друга таким образом, чтобы можно было осуществлять обмен информацией между ИС меткой 20 и считывающим/записывающим устройством 40, независимо от окружного взаимного расположения ИС метки 20 и считывающего/записывающего устройства 40.

Поэтому использование сердечников 22 и 42 в виде горшка позволяет соединять между собой ИС метку 20 и считывающее/записывающее устройство 40 так, чтобы можно было осуществлять между ними обмен информацией, при простом выравнивании осей антенны 24 метки и считывающей/записывающей антенны 44, без необходимости регулировки относительных угловых положений антенн. Это позволяет легко и надежно считывать информацию как из ИС метки 20, так и из считывающего/записывающего устройства 40.

В рассмотренном выше варианте осуществления изобретения первый выступ 22а, 42а на антенне 24 метки или на считывающей/записывающей антенне 44 является закругленным столбчатым выступом, который проходит вдоль оси антенны и окружен дугообразными вторыми выступами 22с, 42с. Однако первые выступы 22а и 42а также могут быть не закругленными столбчатыми выступами, а многоугольными столбчатыми выступами, усеченно-коническими выступами или призмоидальными выступами. Вторые выступы 22с, 42с каждой антенны также не ограничены по форме, при условии, что они образуют непрерывную или прерывистую периферийную стенку вокруг первого выступа 22а, 42а. Вместо двух вторых выступов 22с, 42с можно использовать единственный кольцевой второй выступ 22с, 42с, который проходит по всей окружности. В этом случае необходимо предусмотреть на единственном выступе 22с участки, через которые пропускаются концы проводов 21, 41.

Антенна 24 метки и считывающая/записывающая антенна 44 предпочтительно идентичны друг другу по форме и размеру. Однако одна из них может быть больше другой, но даже в этом случае антенны в полной мере могут выполнять свою функцию.

На фиг. 6(а) показан другой вариант осуществления изобретения, в котором антенна 24 метки и интегральная микросхема 23 ИС метки 20 помещены в выемку 31, образованную в корпусе 30, который закреплен на месте в отверстии 11 в металлическом элементе М таким образом, чтобы выемка 31 была обращена в сторону входа отверстия 11.

ИС метка 20 установлена в выемке 31 корпуса 30 таким образом, чтобы торцевая поверхность или поверхности выступа или выступов 22а антенны 24 метки были обращены в сторону входа выемки 31 и соответственно входа отверстия 11 в металлическом элементе М. В данном варианте осуществления изобретения могут использоваться такая же ИС метка 20 и считывающее/записывающее устройство 40, как и в вышеуказанных вариантах.

В корпусе 30 имеется внешняя резьба 32, образованная на его внешней окружности таким образом, чтобы когда корпус 30 заходит в отверстие 11 в металлическом элементе М, внешняя резьба 32 входила в резьбовое зацепление с внутренней резьбой 32 отверстия 11, которая предпочтительно выполняется на внутренней стенке отверстия 11 до ввода корпуса 30 в отверстие 11, однако резьба также может «нарезаться» внешней резьбой 32 при вхождении корпуса 30 в отверстие 11.

В этой компоновке, поскольку корпус 30 закреплен на месте в отверстии 11 в металлическом элементе М при помощи резьбового зацепления, ИС метку 20 можно устанавливать и вынимать из металлического элемента М. Такая компоновка также позволяет использовать ИС метку 20 повторно.

За счет регулировки длины (в направлении глубины отверстия 11) части корпуса 31, находящейся в резьбовом зацеплении с отверстием 11, можно регулировать положение (глубину) антенны 24 ИС метки относительно поверхности металлического элемента М. Это упрощает регулировку чувствительности метки. Аналогичная внешняя резьба 32 может быть образована на корпусе 30 иной формы, например, на вышеуказанном трубчатом корпусе 30.

Как показано на фиг. 6, корпус 30 предпочтительно полностью входит в отверстие в металлическом элементе М. Корпус 30, в частности, предпочтительно имеет форму установочного винта, т.е. форму полого или сплошного цилиндрического резьбового хвостовика без шляпки. После полного вхождения корпуса в отверстие 11, ИС метка 20 и корпус 30 более надежно защищены от повреждений в результате столкновений с посторонними предметами. Это также позволяет осуществлять обработку поверхности металлического элемента М после монтажа ИС метки 20.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 6(а), дно отверстия 11 в металлическом элементе М имеет форму чаши. В частности, дно отверстия 11 сходит на конус таким образом, что его диаметр постепенно уменьшается в направлении наиболее глубоко расположенного центра. Дно корпуса 30 сходит на конус так, чтобы оно было комплементарно по форме дну отверстия 11 таким образом, чтобы между дном корпуса 30 и дном отверстия 11 существовал тесный поверхностный контакт.

В такой компоновке, при помещении корпуса 30 в отверстие 11 до тех пор, пока дно корпуса 30 не войдет в плотный поверхностный контакт с дном отверстия 11, сила трения между поверхностями, имеющими поверхностный контакт, предотвращает ослабление корпуса 30.

В другой компоновке на фигурах 6(b) и 6(с) на дне отверстия 11 образована выемка 34 с адгезивом, в которую помещается уплотнение с. Использование адгезива в качестве уплотнения с увеличивает прочность приклеивания ИС метки 20 и корпуса 30 к внутренней стенке отверстия 11.

Для более эффективного предотвращения ослабления корпуса 30 адгезив может находиться между внешней резьбой 32 корпуса 30 и внутренней стенкой отверстия 11.

У корпуса 30 имеется рабочая часть 33, образованная на поверхности корпуса 30, которая обращена к входу отверстия 11. За счет установки сборочного приспособления в рабочую часть 33 корпус можно поворачивать до направления, в котором корпус 30 входит в отверстие 11, а также в противоположном направлении. Рабочая часть 33 может иметь форму шестиугольника на виде сверху, с которым может зацепляться обычный шестигранный ключ. Рабочая часть 33 может быть отверстием любой другой формы под плоскую отвертку, крестовую отвертку, динамометрический ключ и т.п.

Как показано на фиг. 7, используется корпус 30, имеющий форму полого цилиндрического установочного винта, рабочая часть 36 в виде паза может быть образована на одном из осевых торцов корпуса 30.

Далее будет отдельно рассмотрено функционирование считывающей/записывающей антенны 44 считывающего/записывающего устройства 40. Как показано на фиг. 8, магнитный поток, выходящий из одного из двух выступов 42а сердечника 42 считывающей/записывающей антенны, проходит через воздух и попадает на другой выступ 42а. В данном случае предполагается, что поперечное направление на фиг. 8 является горизонтальным направлением. Поэтому силовые линии магнитного поля в положении А на фиг. 8 проходят горизонтально. Поэтому, если поместить обычную метку 101 в положении А в вертикальное положение (положение, показанное на фиг. 8), то ее чувствительность будет максимальной.

В этой связи в традиционной компоновке, если обычная ИС метка 101 помещается в горизонтальное положение таким образом, чтобы она была обращена к считывающей/записывающей антенне считывающего/записывающего устройства, которая находится в вертикальном положении, как это показано на фиг. 8, то коммуникационное расстояние становится максимальным, тогда как при помещении ИС метки в вертикальное положение ее чувствительность становится равной нулю, а обмен данными становится невозможен.

При использовании считывающей/записывающей антенны 44 по настоящему изобретению в системе RFID, максимальное увеличение чувствительности достигается за счет помещения ИС метки 101 в вертикальное положение.

В любом из рассмотренных выше вариантов осуществления изобретения расстояние между антенной 24 ИС метки 20 и считывающей/записывающей антенной 44 считывающего/записывающего устройства 40 почти равно к нулю. Однако обмен данными в достаточном объеме может осуществляться на расстоянии примерно до 5 мм. Если подобное расстояние находится в диапазоне от 0 до 5 мм, то обмен данными в достаточном объеме может осуществляться с использованием сверхмалой метки с толщиной стенок примерно в 3 мм.

Перечень позиций

1. Внешняя обойма

2. Внутренняя обойма

3. Тело качения

4. Держатель

10. Роликовый подшипник

11. Отверстие

20. 101. ИС метка

21. Провод

22. Сердечник

22а. Выступ (первый)

22b. Основание

22с. Выступ (второй)

22d. Торцевая поверхность

22е. Прорезь

23. 103. ИС метка

24. 104. Антенна метки

30. Корпус

31. Выемка

32. Внешняя резьба

33. 36. Рабочая часть

34. Выемка с адгезивом

35. Внутренняя стенка

40. 110. Считывающее/записывающее устройство

41. Провод

42. Сердечник

42а. Выступ (первый)

42b. Основание

42с. Выступ (второй)

42d. Торцевая поверхность

42е. Прорезь

43. 113. Считывающий/записывающий элемент

44. 114. Считывающая/записывающая антенна

45. 115. Согласующая схема

121. Зенкование

121а. Дно

121b. Вход отверстия

А. Вал

Н. Кожух

М. Металлический элемент

а, b. Уплотнение (адгезив)

с. Адгезив

Изобретение относится к передаче данных и может быть использовано при обмене данными между ИС меткой и внешним устройством без соприкосновения с внешним устройством. Технический результат – ослабление влияния металлического элемента роликового подшипника на магнитный поток. Узел подшипника включает в себя роликовый подшипник, включающий в себя внешнюю обойму, внутреннюю обойму и тела качения, расположенные между внешней обоймой и внутренней обоймой, а также ИС метку, прикрепленную к металлическому элементу роликового подшипника, при этом ИС метка включает в себя антенну метки и выполнена так, что можно осуществлять обмен информацией между антенной метки и считывающей/записывающей антенной считывающего/записывающего устройства посредством формирования замкнутого магнитного контура между антенной метки и считывающей/записывающей антенной. ИС метка помещена в отверстие на поверхности металлического элемента. Антенна метки включает в себя два выступа, обращенные в сторону входа отверстия и расположенные так, что магнитные потоки, выходящие из выступов и/или входящие в выступы, проходили в объеме в пределах кромки, ограничивающей вход отверстия, и выходили наружу из отверстия так, что можно осуществлять обмен информацией между ИС меткой и внешним считывающим/записывающим устройством. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Узел подшипника, содержащий роликовый подшипник (10), включающий в себя внешнюю обойму (1), внутреннюю обойму (2) и тела качения (3), расположенные между внешней обоймой (1) и внутренней обоймой (2), и ИС метку (20), выполненную с возможностью осуществлять обмен данными с внешним считывающим/записывающим устройством без соприкосновения с указанным считывающим/записывающим устройством, и прикрепленную к металлическому элементу (М) роликового подшипника,

при этом ИС метка (20) включает в себя антенну (24) метки и выполнена с возможностью осуществлять обмен информацией между антенной (24) метки и считывающей/записывающей антенной считывающего/записывающего устройства посредством формирования замкнутого магнитного контура между антенной (24) метки и считывающей/записывающей антенной,

причем ИС метка (20) размещена в отверстии (11), сформированном на поверхности металлического элемента (М), при этом антенна (24) включает в себя несколько выступов (22а и 22с), обращенных в сторону входа отверстия (11), при этом выступы (22а и 22с) расположены таким образом, чтобы магнитный поток, выходящий из выступов и/или входящий в выступы (22а и 22с), проходил в объеме в пределах кромки, ограничивающей вход отверстия (11), и выходил наружу из отверстия (11), в результате чего может осуществляться обмен информацией между ИС меткой (20) и считывающим/записывающим устройством,

ИС метка (20) содержит интегральную микросхему (23) и трубчатый корпус (30), в котором размещены антенна (24) метки и интегральная микросхема (23), при этом выступы (22а и 22с) содержат торцевые поверхности (22d), обращенные в сторону одного из двух отверстий корпуса (30) на соответствующих двух осевых торцах корпуса (30).

2. Узел подшипника по п. 1, в котором указанные несколько выступов (22а и 22с) являются частями сердечника (22), изготовленного из материала с высокой магнитной проницаемостью и включающего в себя основание (22b), посредством которого выступы (22а и 22с) соединены между собой, при этом антенна (24) метки дополнительно содержит провод (21), выполненный из проводящего материала и намотанный вокруг основания (22b) или выступов (22а и 22с), причем интегральная микросхема (23) ИС метки (20) соединена с двумя концами провода (21).

3. Узел подшипника по п. 2, в котором сердечник (22) является одним из нескольких частей тороидального сердечника, полученного путем окружного разбиения тороидального сердечника.

4. Узел подшипника по п. 1, в котором указанные несколько выступов (22а и 22с) являются частями сердечника (22), изготовленного из материала с высокой магнитной проницаемостью и включающего в себя основание (22b), посредством которого выступы (22а и 22с) соединены между собой, причем первый из выступов (22а) окружен другим или другими выступами (22с), при этом антенна (24) метки дополнительно содержит провод (21), изготовленный из проводящего материала и намотанный вокруг первого из выступов (22а), а интегральная микросхема (23) ИС метки (20) соединена с двумя концами провода (21).

5. Узел подшипника по п. 1, в котором ИС метка (20) дополнительно содержит уплотнение (а), помещенное в зазор, образованный между антенной (24) метки, интегральной микросхемой (23) и внутренней стенкой корпуса (30).

6. Узел подшипника по п. 5, в котором уплотнение (а) выполнено из полимера или резины.

7. Узел подшипника по любому из пп. 1-4, в котором ИС метка (20) закреплена в отверстии (11) при помощи адгезива (b, с).

8. Узел подшипника по любому из пп. 1, 5, 6, в котором корпус (30) закреплен в отверстии (11) при помощи адгезива (b, с).

9. Узел подшипника по п. 7, в котором адгезив (с) находится в выемке (34) для адгезива, образованной в дне отверстия (11).

10. Узел подшипника по п. 8, в котором адгезив (с) находится в выемке (34) для адгезива, образованной в дне отверстия (11).

11. Узел подшипника по любому из пп. 1, 5, 6, 9, 10, в котором корпус (30) имеет внешнюю резьбу (32) на внешней окружности корпуса (30), при этом корпус (30) закреплен на месте в отверстии (11) посредством резьбового зацепления внешней резьбы (32) с отверстием (11).

12. Узел подшипника по п. 8, в котором корпус (30) имеет внешнюю резьбу (32) на внешней окружности корпуса (30), при этом корпус (30) закреплен на месте в отверстии (11) посредством резьбового зацепления внешней резьбы (32) с отверстием (11).

13. Узел подшипника по п. 11, в котором между внешней резьбой (32) и внутренней стенкой отверстия (11) находится адгезив (с).

14. Узел подшипника по п. 12, в котором между внешней резьбой (32) и внутренней стенкой отверстия (11) находится адгезив (с).

15. Узел подшипника, содержащий роликовый подшипник (10), включающий в себя внешнюю обойму (1), внутреннюю обойму (2) и тела качения (3), расположенные между внешней обоймой (1) и внутренней обоймой (2), и ИС метку (20), выполненную с возможностью осуществлять обмен данными с внешним считывающим/записывающим устройством без соприкосновения с указанным считывающим/записывающим устройством, и прикрепленную к металлическому элементу (М) роликового подшипника,

при этом ИС метка (20) включает в себя антенну (24) метки и выполнена с возможностью осуществлять обмен информацией между антенной (24) метки и считывающей/записывающей антенной считывающего/записывающего устройства посредством формирования замкнутого магнитного контура между антенной (24) метки и считывающей/записывающей антенной,

причем ИС метка (20) размещена в отверстии (11), сформированном на поверхности металлического элемента (М), при этом антенна (24) включает в себя несколько выступов (22а и 22 с), обращенных в сторону входа отверстия (11), при этом выступы (22а и 22с) расположены таким образом, чтобы магнитный поток, выходящий из выступов и/или входящий в выступы (22а и 22с), проходил в объеме в пределах кромки, ограничивающей вход отверстия (11), и выходил наружу из отверстия (11), в результате чего может осуществляться обмен информацией между ИС меткой (20) и считывающим/записывающим устройством,

ИС метка (20) содержит интегральную микросхему (23) и корпус (30), выполненный с выемкой (31), в которой размещена антенна (24) метки и интегральная микросхема (23), причем имеются торцевые поверхности (22d) выступов (22а и 22с), обращенные в сторону входа выемки (31).

16. Узел подшипника по п. 15, в котором ИС метка (20) дополнительно содержит уплотнение (а), помещенное в зазор, образованный между антенной (24) метки, интегральной микросхемой (23) и внутренней стенкой корпуса (30).

17. Узел подшипника по п. 16, в котором уплотнение (а) выполнено из полимера или резины.

18. Узел подшипника по любому из пп. 15-17, в котором корпус (30) закреплен в отверстии (11) при помощи адгезива (b, с).

19. Узел подшипника по п. 18, в котором адгезив (с) находится в выемке (34) для адгезива, образованной в дне отверстия (11).

20. Узел подшипника по любому из пп. 15-17, 19, в котором корпус (30) имеет внешнюю резьбу (32) на внешней окружности корпуса (30), при этом корпус (30) закреплен на месте в отверстии (11) посредством резьбового зацепления внешней резьбы (32) с отверстием (11).

21. Узел подшипника по п. 18, в котором корпус (30) имеет внешнюю резьбу (32)

на внешней окружности корпуса (30), при этом корпус (30) закреплен на месте в отверстии (11) посредством резьбового зацепления внешней резьбы (32) с отверстием (11).

22. Узел подшипника по п. 20, в котором между внешней резьбой (32) и внутренней стенкой отверстия (11) находится адгезив (с).

23. Узел подшипника по п. 21, в котором между внешней резьбой (32) и внутренней стенкой отверстия (11) находится адгезив (с).