JP2003058976A - ワイヤレスセンサ、転がり軸受装置、管理装置、及び監視装置 - Google Patents
ワイヤレスセンサ、転がり軸受装置、管理装置、及び監視装置Info
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Abstract
に分類管理できるワイヤレスセンサまたは軸受装置と管
理装置、及びこれらで構成される監視装置を提供する。 【解決手段】本発明のワイヤレスセンサ2は、このワイ
ヤレスセンサ2の各センサモジュール4,5で検出した
振動や温度などの検出情報に、各センサモジュール4,
5に固有の識別情報を付して通信装置10から電波で信
号Rを送信する。また、この信号Rを受信する管理装置
3は、この信号Rに含まれる識別情報を基に検出情報を
分類保管する。そして、監視装置1は、加工機の可動軸
などに取り付けた複数のワイヤレスセンサ2を管理装置
3で管理するように構成する。
Description
や鉄道車両などの車両に取り付けられて、運転状態を示
す信号を無線で送信するワイヤレスセンサまたは軸受装
置と、送信された信号を受信する管理装置、およびこれ
らを用いた監視装置に関する。
回転軸を支持する軸受や、加工機や組立装置など産業機
械に適用されているボールねじやリニアガイドなどの直
動装置及び軸受は、運動することによって振動(すなわ
ち、加速度の変化)を生じたり、摩擦によって発熱した
りする。これらの振動や温度は、軸受や直動装置の寿命
に影響するとともに、産業機械などの精度や車両などの
安全性に関わるため、適宜計測して定格状態であること
を監視することが望ましい。また、回転運動する軸受の
回転速度は、この軸受が取り付けられた装置などの運転
状態を把握する上で重要であるため、常時監視されるこ
とが多い。
サや、熱電対などを備えた汎用の温度センサ、あるい
は、回転速度を検出するための回転センサなどが、対象
となる軸受のハウジングや直動装置の可動体に取り付け
られ、計測装置と有線で接続されて振動や温度などが監
視される。
計測装置とを有線で接続配線すると、多軸制御の加工機
や、組立ラインなどのように監視の対象となる可動部が
多い装置では、配線が煩雑になるという問題がある。そ
して、保全点検などによって、センサ取付部周辺を分解
する場合においては、その都度センサ及びケーブルを取
り外さなければならないと言う煩わしさがある。また、
リニアガイドなどの直動装置の可動部に配線する場合
は、使用中にその配線が切れるなどの問題がある。車両
などのようにセンサの取付部が移動する場合は、計測機
器類をその車体に搭載する必要がある。計測器類をその
車体に搭載した場合でも、車両の車輪は、乗り心地を考
慮してサスペンションなどにより、車体に対して相対的
に動くように支持されている。そのため、車輪の軸受に
取付けられるセンサに接続されるケーブルは、車両が走
行することによって繰り返し屈曲され、いずれ断線して
しまうことが懸念される。
るための配線をする必要性がないワイヤレスセンサまた
は転がり軸受装置と、この信号を受信する管理装置、お
よびこのワイヤレスセンサまたは転がり軸受装置と管理
装置を組み合わせて使用する監視装置を提供することを
目的とする。
するために、本発明に係るワイヤレスセンサは、検出対
象を検出する検出部と、この検出部で検出された情報を
処理する情報処理部と、この処理部で処理された検出情
報を無線で送信する通信装置とを備える。
は、検出対象を検出する検出部と、この検出部で検出さ
れた情報を処理する情報処理部と、この処理部で処理さ
れた検出情報を前記検出部に固有の識別情報とともに無
線で送信する通信装置とを備える。
サの検出情報を入手できるように、送受信を行う通信装
置が検出部の識別情報に対応する指令信号を受信したと
きに、この指令信号に指定された前記検出部の検出情報
を識別情報とともに送信するようにする。また、利用者
が、容易に信号を識別できるように、通信装置は、検出
部で検出した信号またはこれに関する情報をディジタル
情報に変換して送信する。
と、これら軌道輪間に配置された複数の転動体とを有
し、外側軌道輪と内側軌道輪のどちらか一方が静止輪で
あり、他方が回転輪である転がり軸受において、前記の
いずれかのワイヤレスセンサを、前記静止輪もしくは静
止輪に取り付けた部材に一体的に固定するか、または回
転輪もしくは回転輪に取り付けた部材と一体的に動くよ
うに設ける。
軌道輪と、これら1組の軌道輪の内の第1の軌道輪に設
けられるパルサリングと、このパルサリングと相対的に
回転する第2の軌道輪に前記パルサリングと対向して取
付けられる前記いずれかのワイヤレスセンサとを備え
る。
イヤレスセンサとが相対的に回転することによって、回
転速度センサで検出される周期信号に関する情報をFM
変調方式で送信する。そして、パルサリングとワイヤレ
スセンサが相対的に回転することによって回転速度セン
サに発生する周期信号の波長または周波数に基づいて情
報処理部が求めた軸受装置の回転数と回転速度の内の少
なくとも一方を送信する。また、パルサリングとワイヤ
レスセンサが相対的に回転することによって回転速度セ
ンサに発生する周期信号の1周期の区切りごとに少なく
とも固有の識別情報を送信する。
する検出部を備えたワイヤレスセンサまたは軸受装置か
ら送信された信号を受信する通信機と、前記信号に含ま
れる前記検出部またはワイヤレスセンサの少なくとも一
方に固有の識別情報を基に、受信した信号を管理する信
号処理部とを備える。この場合、この管理装置が受け持
つ以外のワイヤレスセンサまたは軸受装置の信号との混
信を防止するために、通信機は、信号に含まれる検出部
に固有の識別情報を基に、管理装置に予め登録された識
別情報を含む信号を選択して受信する。さらに、必要に
応じてワイヤレスセンサまたは軸受装置の最新の検出情
報が入手できるように、通信機は、ワイヤレスセンサま
たは軸受装置に対して検出情報を含む信号を要求する指
令信号を送信する。
スセンサまたは軸受装置と、管理装置を組み合わせて使
用する。監視装置は、ワイヤレスセンサまたは軸受装置
を同時に複数使用する場合、管理装置がワイヤレスセン
サごと及び軸受装置ごとにそれぞれ異なる固有の周波数
の搬送波で通信する。
て、図1から図3を参照して説明する。図1に示す監視
装置1は、検出対象となる振動や温度を検出してその検
出情報を送信するワイヤレスセンサ2と、複数のワイヤ
レスセンサ2から出力された信号Rを受信する管理装置
3からなる。
ール4と、温度センサモジュール5と、マルチプレクサ
6と、A/Dコンバータ7と、RAM(Random Access
Memory)8と、信号処理部9と、通信装置10とを備え
ている。振動センサモジュール4は、検査対象である振
動を検出する検出部としての振動センサを備えており、
検出した加速度などの振動の変化を電気信号に変換して
出力する。温度センサモジュール5は、検出対象である
温度を検出する検出部としての温度センサを備えてお
り、検出した温度を電気信号に変えて出力する。
ル4及び温度センサモジュール5からそれぞれ出力され
た信号をそれぞれ独立した検出情報として後で分けられ
るように混成する。なお、マルチプレクサ6による混成
は、多重通信方式であってもよいし、時分割方式であっ
てもよい。また、センサモジュール4,5が一つの場
合、このマルチプレクサ6は不要である。また、マルチ
プレクサ6を使用せずA/Dコンバータ7を複数設けて
もよい。
ール4や温度センサモジュール5のアナログ信号をディ
ジタル信号に変換する。RAM8は、A/Dコンバータ
7で変換された検出情報を処理する前に一時保管するた
めに設けられている。なお、RAM8は、記憶装置の一
例であって、検出情報を一時的に保管できるものであれ
ばよい。
た各センサモジュール4,5の検出情報を順次呼び出
し、振動及び温度のそれぞれに予め設定された閾値と比
較するなどの処理を行った後、各センサモジュール4,
5毎に固有の識別情報とともに通信装置10へ出力す
る。なお、振動や温度の値そのものを識別情報とともに
通信装置10に出力してもよい。また、A/Dコンバー
タ7とRAM8と信号処理部9とをまとめた処理部であ
ってもよい。
備えている場合、識別情報は、その検出情報を検出した
検出部毎とするとよい。また、センサモジュール4,5
毎の識別情報のほかにワイヤレスセンサ2毎の識別情報
を付して送信すると、さらに管理装置3側で多用な分類
管理が可能となるのでよい。識別情報は、検出部毎に与
えられるものであるので、センサモジュール4,5で検
出情報に添付して出力してもよい。
って、信号処理部9から出力された信号を電波の信号R
に変換して送信する。なお、電波の使用が難しい環境に
おいては、信号を超音波や、光、例えば赤外線に変換す
る通信装置10を用いるとよい。
2は、各センサモジュール4,5で検出された検出情報
をマルチプレクサ6によって多重通信し、A/Dコンバ
ータ7でディジタル信号に変換した後、RAM8に一時
保管する。保管された検出情報は、順次信号処理部9で
読み出されて演算などの処理を施され、かつ、センサモ
ジュール4,5毎に固有の識別情報が添付された信号R
となって、通信装置10から送信される。なお、振動や
温度などを検出する間隔は、所定の時間間隔、または、
所定の閾値によるトリガーで起動する間隔とすると、情
報量を減らすことができるのでよい。
検出情報を電波で送信するため、通信線が不要である。
したがって、加工機などの可動軸や車両の軸受部へ取り
付ける場合、配線作業による煩わしさがないのでよい。
このようにワイヤレスセンサ2を用いることで結果とし
て、配線が煩雑になることはなく、配線の工数をなくす
ことができる。また、ワイヤレスセンサ2から送信され
る信号Rに各センサモジュール4,5毎の識別情報が付
されているので、複数のワイヤレスセンサ2から同じ周
波数で信号Rを送信しても各ワイヤレスセンサ2からの
信号Rをそれぞれ識別することができる。そのため、こ
の信号Rを受信する管理装置3が、ワイヤレスセンサ2
あるいはセンサモジュール4,5毎に周波数を変えなく
てもよいとともに、受信対象となるワイヤレスセンサ2
を追加した場合でも、同じ設定で受信することができ
る。そして、識別情報を基に各ワイヤレスセンサ2また
は各センサモジュール4,5で検出された検出情報を容
易に分類することができる。
識別情報に対応する指令信号Qを受信すると、指令信号
Qに指定されたセンサモジュールの最新の状態を検出
し、通信装置10から識別情報とともに送信する。した
がって、利用者が、再度検出情報の確認をしたい場合、
その都度、任意のワイヤレスセンサの最新の検出情報を
容易に得ることができる。
設けられた振動センサモジュール4と温度センサモジュ
ール5は、いずれか一方のみであってもよいし、これら
の代わり、あるいはどちらか一方の代わりに回転速度を
検出する回転速度センサモジュールを設けてもよし、振
動センサモジュール4と温度センサモジュール5と回転
速度センサモジュールのそれぞれが設けられていてもよ
い。
に示す管理装置3は、通信機11と、信号処理部12
と、RAM13と、インターフェイス14とを備えてい
る。通信機11は、周囲に点在する複数のワイヤレスセ
ンサ2から無線、例えば電波で送信される信号Rを受信
しその信号Rを信号処理部12に送る。なお、通信機1
1が使用する電波の周波数は、単一周波数であってもよ
いが、送受信で少なくとも2つの周波数帯を使用できる
ことが好ましい。
含まれているワイヤレスセンサ2毎または、センサモジ
ュール4,5毎に固有の識別情報を基に、信号Rに含ま
れている検出情報を分類する。RAM13は、ワイヤレ
スセンサ2のRAM8と比較して十分に大きい記憶容量
を備えており、分類された検出情報(または信号R)を個
別に管理保管する。なお、RAM13は、記憶装置の一
例であって、受信した検出情報(または信号R)を個別
に管理保管できるものであればよい。インターフェイス
14は、RAM13と並列に信号処理部12から設けら
れており、信号処理部12で分類された検出情報を外部
に出力する。
ンサ2またはセンサモジュール4,5の最新の検出情報
を要求する指令信号Qを通信機11から送信する。この
指令信号Qには、利用者が指定するワイヤレスセンサ2
またはセンサモジュール4,5の識別情報に対応した情
報、例えば、所望するワイヤレスセンサ2またはセンサ
モジュール4,5に固有の識別情報が付されている。
数のワイヤレスセンサ2から送信された信号Rを受信
し、その信号Rに含まれるセンサモジュール4,5の識
別情報を基に検出情報を分類してRAM13に記録保管
するとともに、必要に応じてインターフェイス14から
RAM13に保管されている検出情報を外部に出力す
る。したがって、蓄積された各ワイヤレスセンサ2やセ
ンサモジュール4,5の検出情報を基に、各機械装置な
どの運転状況を管理装置3の信号処理部12で分析した
り、インターフェイス14で外部に取り出して情報処理
できるので、より高度で正確な分析ができる。
置3からなる監視装置1は、所定の時間間隔、あるいは
予めワイヤレスセンサ2の信号処理部9に設定された閾
値を超えたときに、ワイヤレスセンサ2で検出対象の振
動や温度を検出して各ワイヤレスセンサ2毎または各セ
ンサモジュール4,5毎の識別情報を付して送信する。
そして、この信号Rを管理装置3で受信し、各識別情報
毎に検出情報を分類して保管管理する。
スセンサ2またはセンサモジュール4,5に対応した指
令信号Q、例えば任意のワイヤレスセンサ2またはセン
サモジュール4,5に固有の識別情報を含んだ指令信号
Qを管理装置3から送信することで、その指令信号Qに
含まれた識別情報に指定されたワイヤレスセンサ2の各
センサモジュール4,5、または識別情報に指定された
センサモジュール(4または5)の最新の検出情報をその
ワイヤレスセンサ2から信号Rとして(折返し)送信さ
せることができる。したがって、利用者が所望する任意
のワイヤレスセンサ2、またはセンサモジュール4,5
の最新の検出情報を管理装置3において適宜入手するこ
とができる。
のワイヤレスセンサ2を工作機械21の各可動軸22,
23にそれぞれ取り付け、管理装置3を工作機械の本体
24に設ける。そして、ワイヤレスセンサ2で所定の時
間間隔ごとに振動や温度あるいは回転軸や移動軸の速度
を検出し、各ワイヤレスセンサ2毎の検出情報を管理装
置3で受信し、各検出情報を識別情報毎に分類して保管
する。
用すると、ワイヤレスセンサ2が無線(電波)で通信す
るので、可動軸22,23への取付が容易であるととも
に、通信配線がないので、メンテナンスなどで周辺を分
解する場合においても脱着を容易に行うことができる。
また、ワイヤレスセンサ2を追加する場合においても、
取り付けが容易であるとともに、検出情報が識別情報と
ともに信号Rで送信されるので、管理装置3で、他のワ
イヤレスセンサ2と同様に識別情報毎に検出情報を分類
管理できる。さらに、利用者が、最新の検出情報を所望
するのワイヤレスセンサ2のセンサモジュール4,5の
識別情報を付した指令信号を管理装置3から送信するこ
とで、そのセンサモジュール4,5の最新の検出情報を
入手することができる。なお、この指令信号は、工作機
械21の制御盤25への入力によって、管理装置3から
送信されるようにすると、利用者に使いやすいのでよ
い。
報をインターフェイス14(図1)を通して工作機械2
1の制御盤25に提供すると、工作機械21の自己診断
や不具合防止に有効である。
合は、受信したいワイヤレスセンサ2の識別情報を管理
装置3に予め設定し、受信したいワイヤレスセンサ2の
検出情報を選択して受信するようにする。このようにす
ると、他の工作機械のワイヤレスセンサ2の信号と混信
しないのでよい。
例えばNC旋盤やマシニングセンタなどに設けたワイヤ
レスセンサ2のそれぞれの検出情報を離隔地に設けた管
理装置3で受信して一括管理する場合は、各加工機26
に取り付けられたワイヤレスセンサ2から出力された信
号Rを一旦加工機26毎にまとめ、それを管理装置3に
送信する。この場合、加工機26毎に検出情報を処理し
て蓄積し、管理装置3からの指令信号に応じて検出情報
を出力してもよいし、検出されるたびに検出情報をその
ワイヤレスセンサ2、またはセンサモジュールの識別情
報とともに管理装置3に向けて送信してもよい。また、
ワイヤレスセンサ2の出力が小さい場合は、中継機27
を経由させるとよい。
転状況を確認、及び監視するために、利用者が加工機2
6の傍まで行かなくてもよい。また、加工機26に取り
付けられたワイヤレスセンサと管理装置3との間を無線
で通信するので、新たに通信線を敷設する必要がなく、
監視装置1を既存の設備に導入しやすい。
と管理装置3との間の通信に携帯電話やPHS(Person
al Handyphone System)及び、衛星電話などの移動体通
信の回線を利用すると、広範囲にわたって移動する自動
車や鉄道車両の軸受やギヤボックスなどの運転状況をリ
アルタイムで集中管理・監視できるのでよい。この場
合、ワイヤレスセンサ2から管理装置3までを移動体通
信回線を使って通信してもよいし、ワイヤレスセンサの
信号Rを電波で近くの中継機27に送信し、その中継機
27から管理装置3までを移動体通信回線やシリアルパ
ラレル通信(有線)、一般電話回線(有線)、LAN
(Local Area Network)、有線、または無線、あるいは
インターネットを使って通信してもよい。また、管理装
置3側は、一般電話回線(有線)で受信してもよい。
作業状況や日程などにより複数の建物に移動して使用さ
れる場合や、ラインの稼動率を上げるために前記機器が
複数台用意され、保守的に入れ替えを行って使用される
場合は、建物あるいは部屋毎に設置された管理装置3同
士を移動体通信や一般電話回線やLAN、あるいはイン
ターネットを使ってワイヤレスセンサの管理番号や検出
情報を共有化することにより、もれのない監視が可能と
なる。
や一般電話回線を利用すると、管理装置3で受信された
検出情報を基に、この検出情報を送信してきたワイヤレ
スセンサが取り付けられた加工機26や自動車及び鉄道
車両に、保守点検の必要があると判断された場合、管理
装置3から保守担当者が携帯する移動体通信装置に自動
的に報知するように管理装置3を設定することも可能で
あるとともに、保守担当者が、移動体通信装置を使っ
て、ワイヤレスセンサの検出情報を検索することも可能
である。
4及び図5を参照して説明する。図4(A)に示す転が
り軸受装置31は、軸受部32とワイヤレスセンサであ
るセンサ部33とを備える。軸受部32は、内外の軌道
輪34,35と、これら軌道輪34,35の間に配置さ
れた転動体36と、この転動体36の保持器37とシー
ルまたはシールド板351を備えている。センサ部33
は、図4(B)に示すように検出対象を検出する検出部
38と、検出された情報を処理する処理部39と、この
処理部39から出力された信号を無線で送信する通信装
置40と、これら検出部38、処理部39、通信装置4
0に電力を供給する電池41とを備えている。
一体的に固定あるいは密着された外輪間座42の中心方
向に向かって形成されたフランジ43に取り付けられて
いる。検出部38は、振動(すなわち加速度の変化)を
検出する振動センサ44と、温度を検出する温度センサ
45とを備えている。この振動センサ44及び温度セン
サ45は、軸受部32のより正確な振動や温度を検出す
るために、外輪間座42の軸受部32に面した一部に設
けられた凹部46a,46bにそれぞれ取り付けられて
いる。なお、加速度センサ44及び温度センサ45を取
り付ける凹部46a,46bは、それぞれ独立して設け
てもよいし、ひとつに設けてもよい。なお、軸受部32
の内輪34の振動や温度を積極的に検出する場合は、内
輪34と一体的に固定あるいは密着される内輪間座47
にセンサ部33を取り付けるとよい。また、このセンサ
部33を内輪34や外輪35やシールまたはシールド板
351に直接組み込んだ軸受装置としてもよい。また
は、このセンサ部33を内輪34や外輪35に取り付け
た部材に組み込んだ軸受装置としてもよい。
ンプ48と、コンパレータ49と、信号処理部50と、
ASK(Amplitude Shift Keying)変調器51とを備え
ている。アンプ48は、振動センサ44で検出された振
動の信号を絶対値化する。コンパレータ49は、アンプ
48で絶対値化された振動センサ44の信号と温度セン
サ45から出力された信号を予め設定されている閾値と
比較し、その結果を出力する。信号処理部50は、コン
パレータ49から出力された検出情報に、その検出情報
を出力した加速度センサ44または温度センサ45に固
有の識別情報を添付するとともに、検出情報のうち閾値
を超えていると判断された検出情報にアラーム信号を添
付して出力する。ASK変調器51は、信号処理部50
から出力された信号を変調してディジタル化(2進化)
する。なお、通信するための変調方式は、FSK(Freq
uency Shift Keying)方式などその他の方式であっても
よい。通信装置40は、ASK変調器51でディジタル
化された信号を電波に変換して信号Rとして送信する。
また、検出部38、ASK変調器51、通信装置40な
どへの電力の供給を信号処理部50によって適宜制御
し、検出時や信号出力時以外での電力の消費を抑える
と、電池41の寿命を延ばすことができるのでよい。
部位にセンサ部33が組み込まれる場合や、振動、温度
を常時監視する場合は、内輪間座47に図示しない多極
磁石あるいは平歯車状の凹凸を設け、フランジ43また
は外輪間座42に図示しないコイルあるいは磁石を併用
したコイルを設けることにより発電機を構成し、電源回
路を通じて検出部38、処理部39、通信装置40に電
力を供給するのがよい。なお、電源回路に二次電池を併
用すると、発電機が稼動していない状態でもワイヤレス
センサは稼動できるのでさらに好ましい。
の軸受装置31が取り付けられている加工機や車両など
の本体または離隔地に設けられた管理装置3によって受
信される。なお、管理装置3については、第1の実施形
態で説明の管理装置3と同様であるので、その説明を省
略する。
検出情報を無線で出力するため、通信線が不要であり、
加工装置の可動軸や車両などの軸受として容易に取り付
けることができる。また、軸受装置31から送信された
信号Rは、軸受装置31毎、または軸受装置31の検出
部38毎、あるいは加速度センサ44や温度センサ45
毎に固有の識別情報が付されているので、信号Rを同一
の周波数で送信しても、この信号Rを受信する管理装置
3が、軸受装置31毎、または検出部38毎、あるいは
加速度センサ44や温度センサ45毎に個々の信号Rを
容易に識別することができる。なお、振動センサ44と
温度センサ45は、いずれか一方のみであってもよい
し、これらの代わり、あるいはどちらか一方の代わりに
回転速度センサを設けてもよい。また、振動センサ44
と温度センサ45と回転速度センサのそれぞれが設けら
れていてもよい。
加する場合でも、通信線を必要としないので容易に追加
することができる。そして、送信されてくる信号Rに
は、識別信号が検出情報毎に付されているので、同じ周
波数で信号Rが送信されても容易に分類することができ
る。
44や温度センサ45、または各検出部38、あるいは
軸受装置31毎に固有の識別情報に対応する指令信号Q
を受信すると、指令信号Qに指定された加速度センサ4
4や温度センサ45、または検出部38、あるいは軸受
装置31の全ての検出部38の最新の情報を検出し、通
信装置40からその識別情報とともに送信する。したが
って、利用者が検出情報を得たいときに、その都度、任
意の軸受装置31の最新の情報を容易に得ることができ
る。そして、この軸受装置31を第1の実施形態で説明
の管理装置3とともに使用する監視装置とすると、第1
の実施形態の監視装置1と同様の効果が得られる。
5で示したブロック図を第1の実施形態のワイヤレスセ
ンサ2の図1で示したブロック図で置き換えてもよい
し、第1の実施形態のワイヤレスセンサ1の図1で示し
たブロック図を第2の実施形態の軸受装置31の図5で
示したブロック図で置き換えてもよい。また、ブロック
図は本実施例に限定するものではなく、同様の効果を奏
するものであれば、他のブロック図でもよい。
図2の工作機械21や図3の加工機26の回転軸に取り
付けて使用することで、同様の効果を得ることができ
る。
リニアガイドやボールねじなどにも適用できる。リニア
ガイドやボールねじの場合は、可動部分が転がり軸受の
回転輪に相当する。
自動車61の車輪62の回転数を監視するためにABS
(Anti-lock Braking System)に用いられる監視装置6
3を例に、図6から図10を参照して説明する。なお、
第1の実施形態及び第2の実施形態において説明したワ
イヤレスセンサ、軸受装置、管理装置、監視装置と同じ
構成については、同一の符号を付してその説明を省略す
る。
各車輪62に取付けられるハブ軸受装置64と、車体6
5に取付けられる管理装置66とを備えている。ハブ軸
受装置64は、図7に示すようにホイールベアリング6
7とパルサリング68とワイヤレスセンサ69とを備え
る。ホイールベアリング67は、外輪70と第1の内輪
71と第2の内輪72とによる1組の軌道輪及びこれら
に転接する2列の転動体73を備えている。外輪70
は、ナックル部Kにボルトで固定されるフランジ74を
備える。第1の内輪71は、ブレーキディスクを挟んで
車輪62とボルトで固定されるフランジ75を備える。
第1の内輪71は、内面にスプライン71aが形成され
ており、車軸76の外面に形成されたスプライン76a
と嵌合し、ナット77で車軸76と固定される。第2の
内輪72は、第1の内輪71に嵌合する。第1の内輪7
1と第2の内輪72が回転する軸線に沿う方向に近寄る
と、ホイールベアリング67の予圧は、大きくなる。
沿って等間隔で形成されており、第2の内輪72に取付
けられている。なお、パルサリング68は、ワイヤレス
センサ69と相対的に回転する位置に取付けられていれ
ばよいので、第2の内輪72以外に、車軸76とともに
回転する回転側に取付けてもよい。また、ワイヤレスセ
ンサ69が回転側に取付けられる場合、パルサリング6
8は固定側に取付けられる。
に外輪70に固定されており、図8に示すように回転速
度を検出する速度センサモジュール79と、信号処理部
80と、通信装置81と、電源回路82とを備える。な
お、ワイヤレスセンサ69は、パルサリング68と相対
的に回転する位置に、パルサリング68と対向して取付
けられていればよいので、ナックル部Kに取付けてもよ
い。
ようにコイル83とポール84と磁石85と回転検出回
路86とを備えている。コイル83は、中心にポール8
4が通されている。ポール84は、透磁率の大きい部
材、たとえが鉄心などでできている。ポール84は、パ
ルサリング68に形成された凸部78に一端84aが接
近している。磁石85は、ポール84の他端84bに取
付けられている。回転検出回路86は、コイル83の電
流の変化を検出する。外輪70と第2の内輪72が相対
的に回転すると、パルサリング68の凸部78は、ポー
ル84を通る磁束密度を変化させる。コイル83は、ポ
ール84の磁束密度の変化によって誘導電流を発生す
る。なお、パルサリング68は、コイル83の中を通る
磁束密度を変化させればよいので、一定の間隔で穴が明
けられたリングでもよいし、N極とS極とが一定の間隔
で交互に着磁された多極磁石などの磁性体でもよい。多
極磁石をパルサリングに用いる場合、ポール84の他端
84bに取付ける磁石85は、無くてもよい。また、ポ
ール84の形状は、コイルに誘導電流を発生させる形状
であれば、棒状に限らず他の形状でもよい。
出された連続する正弦波形の信号を二値化した図9の
(A)に示す矩形波の速度信号88に変換する。なお、
図9の(A)は、図8の信号処理部が出力する速度信号
を模式的に示し、(B)は、(A)の速度信号に基づい
て搬送波を通信装置がFM変調方式で変調した送信信号
を模式的に示し、(C)は、(A)の速度信号の周期に
あわせて通信装置から送信される識別情報とこの識別情
報に関連する速度情報のディジタル信号を模式的に示
し、(D)は、(A)の速度信号の周期にあわせて送信
される識別情報のディジタル信号を模式的に示す。ま
た、信号処理部80は、カウンタ87を備えており、矩
形波のパルスの山または谷の数を数えることで、ハブ軸
受装置64の回転数や回転速度を求め、これを数値化し
た信号を速度信号として出力するようにしてもよい。回
転数や回転速度を数値化した信号にすることで、送信途
中でノイズなどにより速度信号88が変化してしまうこ
とを防止することができる。
た速度信号88を用いて、速度信号88の周波数より十
分短い波長の搬送波を図9の(B)に示す送信信号89
にFM変調し、信号Rとして送信する。この場合、各ハ
ブ軸受装置64は、送信信号89を管理装置66が識別
できるように異なる周波数の搬送波を使用する。
流を利用して発電し、速度センサモジュール79と信号
処理部80と通信装置81に電力を供給する。また、電
源回路82は、二次電池90を備える。二次電池90
は、ハブ軸受装置64の回転数が安定しているときに余
剰電力を蓄電し、ハブ軸受装置64の回転数が低下して
供給する電力を十分に発電できなくなったときに蓄電し
た電力を放電する。したがって、ワイヤレスセンサ69
は、ケーブルによる電力の供給が不要であるとともに、
一次電池などの交換が必要となる電源を搭載しないの
で、長期間の使用に適している。なお、電源回路82
は、コイル83に発生する交流の電流を直流にする整流
回路や、二次電池90の残存電力量などをモニターして
充電と放電とを制御する充電回路などを備える。
り確実に送信するために、検出した信号を増幅する増幅
回路や、信号の波形を成形する波形成形回路を備えても
よい。また、回転検出回路86によって検出された信号
の周波数が搬送波の周波数よりも十分に大きい、すなわ
ち、車軸76の回転速度が速く、検出される信号が高周
波である場合、搬送波に近い周波数となってしまい、搬
送波をうまく変調できない可能性がある。このような場
合、信号処理部80は、回転検出回路86によって検出
された信号を二値化した後、カウンタ87で矩形波の山
または谷の数を数え、車軸76の回転数や回転速度に比
例する矩形波の信号を速度信号として出力する。そし
て、これを用いて搬送波を送信信号89に変調し、信号
Rとして送信する。
11と信号処理部12とRAM13とインターフェイス
14とを備えている。通信機11は、各ハブ軸受装置6
4から送信されてくる信号Rを受信するとともに、各ハ
ブ軸受装置64に対して指令信号Qを送信する。また、
通信機11は、分波器91を内蔵している。分波器91
は、ハブ軸受装置64ごとに異なる搬送波を基に、送信
してくる送信信号89を分波する。信号処理部12は、
ハブ軸受装置64ごとに設けられ、ハブ軸受装置64か
ら送信されてきた送信信号89に含まれる速度信号88
を分離する。なお、分波器を設ける変わりに、通信機1
1を複数、具体的にはハブ軸受装置64に対応する数設
けてもよい。
6の間で使用する信号の変調方式は、FM変調のほか
に、FSK変調、AM変調、ASK変調などでもよい。
自動車61が走行すると、車輪62とともにハブ軸受装
置64の第1と第2の内輪71,72、車軸76、パル
サリング68が回転する。パルサリング68は、ワイヤ
レスセンサ69と相対的に回転することによって、速度
センサモジュール79に設けられたコイル83の中を通
る磁束密度を変動させる。磁束密度が変動すると、コイ
ル83は、正弦波状に変動する電流を発生する。発生し
た電流を利用して、電源回路82は、信号処理部80と
通信装置81に電力を供給する。また、信号処理部80
は、この電流の変動を検出し、二値化した後、パルスの
数をカウンタ87で数え、速度信号88を出力する。通
信装置81は、この速度信号88に基づいて、搬送波を
FM変調した送信信号89を管理装置66へ向けて送信
する。この場合、搬送波は、ハブ軸受装置64ごとに周
波数が異なるので、送信された信号が混信することなく
管理装置66で受信することができる。
ハブ軸受装置64ごとの信号に分類して、RAM13に
保管する。また、インターフェイス14を通してRAM
13に保管された速度信号に関する情報を必要に応じて
自動車61の走行を制御する制御装置に出力する。
車輪が離れている車両に監視装置63を適用する場合、
図6のA部のようにワイヤレスセンサ69に近い車体6
5に管理装置66の通信機11を配置し、ワイヤレスセ
ンサ69と通信する。この場合、通信機11から管理装
置66までの配線Wは、車体65に沿って取付けられて
おり、自動車61が走行することで屈曲されない。この
ように、ハブ軸受装置64のワイヤレスセンサ69近く
に、対応する通信機11を配置し、かつ、同じ自動車6
1の中で他の車輪62に取付けられたハブ軸受装置64
のワイヤレスセンサ69の送信信号89と混信すること
がない出力の送信信号89で通信する場合、各ハブ軸受
装置64の通信装置81に設定される搬送波の周波数は
同じ周波数でもよい。
4の検出部である速度センサモジュール79で検出され
た情報またはこれに関係する情報をディジタル情報に変
換し、図9の(C)に示すように、ディジタル信号92
の信号Rを送信してもよい。この場合、速度センサモジ
ュールで検出された情報またはこれに関係する情報とし
て、速度センサモジュール79で検出された信号に基づ
いて作られる速度信号88、この速度信号88のパルス
の数をカウンタ87で数えてハブ軸受装置64の回転数
や回転速度などの数値に置き換えた速度情報93、各速
度センサモジュールに対応する識別情報94、速度情報
93が検出された時刻などが含まれる。なお、図9の
(C)においては、速度情報93と識別情報94をディ
ジタル信号92として送信する場合を示している。
受装置64から送信されてくる速度情報93を識別しや
すくなるのでよい。また、ディジタル信号92で速度情
報89を送信することで、周囲のノイズなどによりディ
ジタル信号92が劣化しても受信側で再生することがで
き、速度情報89の欠落を防止することができる。速度
情報89に識別情報94を添付することで、同じ周波数
の搬送波で各ハブ軸受装置64の速度情報93を送信す
ることができるようになるので、管理装置66の分波器
91をなくすことができる。この場合、管理装置66
は、識別情報94に応じて速度情報93を処理する回路
を信号処理部12に含む。速度情報93は、ワイヤレス
センサ69の信号処理部80のカウンタ87で数えられ
た速度信号88のパルスの数の情報であってもよいし、
パルスの数を回転速度や回転数に換算した情報であって
もよい。識別情報94を送信した後これに続いて速度情
報93を送信すると、識別情報94と速度情報93を関
連付けやすい。識別情報94と速度情報93を含むディ
ジタル信号92は、速度信号88のパルスにあわせて出
力される。
(D)のように速度信号88にあわせて識別信号94の
みを信号Rとして送信してもよい。この場合、管理装置
66の信号処理部12にカウンタを設け、ハブ軸受装置
64ごとに送信されてくる識別情報94の周期を測定す
ることで、各ハブ軸受装置64で検出された速度信号8
8を再生する。このようにすることによって、ハブ軸受
装置ごとの速度信号88をより少ない情報量で混信する
ことなく送信することができる。また、識別情報94の
送信の頻度は、ハブ軸受装置64が1回転するごととし
てもよいし、パルサリング68によって速度センサモジ
ュール79のコイル83に発生する電流の1周期、ある
いは任意の周期ごととしてもよい。
応する識別情報94を適用することで、識別情報94の
ビット数に応じた数のハブ軸受装置64を管理装置66
で識別することができるようになる。したがって、トラ
ックや列車など車輪の多い車両にも容易に適用すること
ができる。また、ビット数を増やし、識別できる情報数
を増やすことで、他の車両のハブ軸受装置64から送信
される速度情報93との混信を防止することができる。
他の車両のハブ軸受装置から送信される信号や情報との
混信を防止することを考慮すると、識別情報94の具体
的なビット数は、16ビット、32ビット、64ビッ
ト、またはそれ以上であることが好ましい。
ル83とその中心に配置される棒状のポール84とを備
えたものであってもよいし、周方向に沿ってパルサリン
グ68の凸部78ごとに蛇行する環状のコイルであって
もよい。パルサリング68と速度センサモジュール79
とは、転動体73の間に配置してもよい。また、速度セ
ンサモジュールの形態は、第3の実施形態のハブ軸受装
置に適用して示したパッシブタイプでもよいし、アクテ
ィブタイプでもよい。アクティブタイプの速度センサモ
ジュールを適用する場合、発電用のコイルを別途設け
る。
た球軸受を適用しているが、円筒ころ軸受や円錐ころ軸
受であってもよいし、単列の軸受を組み合わせて使用し
てもよい。また、速度センサモジュール79とともに第
1の実施形態で示した振動センサモジュール4、温度セ
ンサモジュール5及び第2の実施形態で示した振動セン
サ44、温度センサ45を併設してもよい。信号の伝送
方式は、電波に限らず超音波、赤外線、光などを用いて
もよい。
受装置によれば、検出対象を検出する検出部と、この検
出部で検出された情報を処理する情報処理部と、この処
理部で処理された検出情報を無線で送信する通信装置と
を備え、検出した情報を電波や超音波や光などを使用し
た無線で送信できるので、信号を送るための配線をする
必要性がなくなる。また、可動部分に検出部を設けた場
合においては、信号を送るための配線をする必要がない
ため、配線が切れるなどの問題は生じない。また、車両
などの移動体に使用した場合は、その移動体に計測機器
類を搭載するだけでなく、移動体とは別の場所で、その
検出情報を管理することができる。
検出部で検出された情報を処理する情報処理部と、この
処理部で処理された検出情報を前記検出部に固有の識別
情報とともに無線で送信する通信装置とを備えたので、
複数のワイヤレスセンサから送信された信号を容易に識
別することができる。また、識別信号に対応する指令信
号を受信したときに、この指令信号に指定された検出部
の検出対象を検出し、その検出情報とともにこの検出部
の識別信号を送信するので、利用者が所望する任意のワ
イヤレスセンサまたは軸受装置の最新の情報を容易に得
ることができる。検出した情報またはこれに関係する情
報をディジタル情報に変換して送信することで、周囲の
ノイズによって劣化した信号を受信側で再生しやすくな
るので、情報の欠落を防止することができる。
道輪の第1の軌道輪にパルサリングを設け、このパルサ
リングと相対的に回転する第2の軌道輪に本発明のワイ
ヤレスセンサを取付けた本発明に係る軸受装置によれ
ば、検出した信号を無線で送信するとともに、パルサリ
ングと対向して設けられた回転速度センサのコイルに発
生する電流を利用して、ワイヤレスセンサ内の回路に電
力を供給することができる。したがって、検出した信号
を送信するための信号線と、ワイヤレスセンサ内の回路
に電力を供給するための電線とを配線する必要がない。
出した信号に関係する情報をFM変調方式で送信する本
発明に係る軸受装置は、軸受装置ごとに異なる固有の搬
送波を使って送信できるので、互いの信号の混信を防止
することができる。
いて信号処理部が求めた回転数または回転速度の内の少
なくとも一方を送信する本発明に係る軸受装置によれ
ば、数値化された情報が送信されるので、信号が伝播さ
れる間に検出情報が変化することを防止することができ
る。
期の区切りごとに少なくとも固有の識別情報を送信する
本発明に係る軸受装置によれば、軸受装置ごとに検出さ
れた信号を混信することなく、より少ない情報量で監視
装置に送信することができる。
イヤレスセンサや軸受装置から出力された信号を、この
信号に含まれる検出部に固有の識別情報を基に分類する
ので、容易に管理することができる。そして、信号に含
まれる検出部に固有の識別情報を基に、この管理装置に
予め登録された識別情報を前記信号を選択して受信する
管理装置の発明によれば、より確実に混信を防ぐことが
できる。
は軸受装置と、本発明の管理装置を用いた監視装置によ
れば、ワイヤレスセンサまたは軸受装置がその検出部で
検出した検出情報とともにその検出部に固有の識別情報
を送信し、管理装置でその識別情報を基に検出情報を分
類して管理するので、複数のワイヤレスセンサまたは軸
受装置を同時に監視できる。
を同時に複数使用し、管理装置が、ワイヤレスセンサご
と及び軸受装置ごとに異なる固有の搬送波で通信する本
発明の監視装置によれば、ワイヤレスセンサと監視装置
の信号の混信を防止することができる。
ロック図。
す斜視図。
を示す斜視図。
受装置を示す断面図。(B)は、図4(A)のF4-F
4で示す軸受装置のセンサ部の側面図。
動車に適用した状態を模式的に示す図。
面図。
号、速度情報のディジタル信号、及び識別情報のディジ
タル信号を模式的に示す波形図。
Claims (16)
- 【請求項1】検出対象を検出する検出部と、この検出部
で検出された情報を処理する情報処理部と、この処理部
で処理された検出情報を無線で送信する通信装置とを備
えるワイヤレスセンサ。 - 【請求項2】検出対象を検出する検出部と、この検出部
で検出された情報を処理する情報処理部と、この処理部
で処理された検出情報を前記検出部に固有の識別情報と
ともに無線で送信する通信装置とを備えるワイヤレスセ
ンサ。 - 【請求項3】請求項1または請求項2に記載のワイヤレ
スセンサにおいて、前記検出部は、振動を検出する振動
センサと、温度を検出する温度センサと、回転速度を検
出する回転速度センサとの内の少なくとも一つを備え
る。 - 【請求項4】請求項1から請求項3の内のいずれか1項
に記載のワイヤレスセンサにおいて、送受信を行う前記
通信装置は、前記検出部の識別情報に対応する指令信号
を受信したときに、この指令信号に指定された前記検出
部の前記検出情報を前記識別情報とともに送信する。 - 【請求項5】請求項1から請求項4の内のいずれか1項
に記載のワイヤレスセンサにおいて、通信装置は、検出
部で検出した情報またはこれに関係する情報をディジタ
ル情報に変換して送信する。 - 【請求項6】少なくとも内外の軌道輪と、これら軌道輪
間に配置された複数の転動体とを有し、外側軌道輪と内
側軌道輪の内のどちらか一方が静止輪であり、他方が回
転輪であり、 前記請求項1から請求項5のうちのいずれか1項に記載
のワイヤレスセンサを、前記静止輪もしくは静止輪に取
り付けた部材に一体的に固定するか、または回転輪もし
くは回転輪に取り付けた部材と一体的に動くように設け
る軸受装置。 - 【請求項7】転動体を介して相対的に回転する1組の軌
道輪と、これら1組の軌道輪の内の第1の軌道輪に設け
られるパルサリングと、このパルサリングと相対的に回
転する第2の軌道輪に前記パルサリングと対向して取付
けられる請求項3から請求項5の内のいずれか1項に記
載のワイヤレスセンサとを備える軸受装置。 - 【請求項8】請求項7に記載の軸受装置は、前記パルサ
リングと前記ワイヤレスセンサとが相対的に回転するこ
とによって前記ワイヤレスセンサの回転速度センサが検
出する周期信号に関する情報をFM変調方式で送信す
る。 - 【請求項9】請求項7または請求項8に記載の軸受装置
において、通信装置は、前記パルサリングと前記ワイヤ
レスセンサが相対的に回転することによって回転速度セ
ンサに発生する周期信号の波長または周波数に基づいて
情報処理部が求めた軸受装置の回転数と回転速度の内の
少なくとも一方を送信する。 - 【請求項10】請求項7または請求項8に記載の軸受装
置において、通信装置は、前記パルサリングと前記ワイ
ヤレスセンサが相対的に回転することによって回転速度
センサに発生する周期信号の1周期の区切りごとに少な
くとも固有の識別情報を送信する。 - 【請求項11】検出対象を検出する検出部を備えたワイ
ヤレスセンサまたは軸受装置から送信された信号を受信
する通信機と、前記信号に含まれる前記検出部と前記ワ
イヤレスセンサと前記軸受装置の内の少なくともいずれ
かに固有の識別情報を基に、受信した前記信号を管理す
る信号処理部とを備える管理装置。 - 【請求項12】検出対象を検出する検出部を備えたワイ
ヤレスセンサまたは軸受装置から送信された信号を受信
するときに、前記信号に含まれる前記検出部に固有の識
別情報を基に、前記管理装置に予め登録された識別情報
を含む前記信号を選択して受信する通信機を備える管理
装置。 - 【請求項13】ワイヤレスセンサまたは軸受装置から送
信された信号を受信するとともに、前記ワイヤレスセン
サまたは前記軸受装置に対して前記信号を要求する指令
信号を送信する通信器を備える管理装置。 - 【請求項14】請求項11から請求項13の内のいずれ
か1項に記載の管理装置は、前記ワイヤレスセンサ及び
前記軸受装置と、ディジタル信号で通信する。 - 【請求項15】請求項1から請求項5の内のいずれか1
項に記載のワイヤレスセンサもしくは請求項6から請求
項10の内のいずれか1項に記載の軸受装置と、請求項
11から請求項14の内のいずれか1項に記載の管理装
置とを備えた監視装置。 - 【請求項16】請求項1から請求項5の内のいずれか1
項に記載のワイヤレスセンサと、請求項7から請求項1
0の内のいずれか1項に記載の軸受装置とを同時に複数
使用し、請求項11から請求項14の内のいずれか1項
に記載の管理装置が前記ワイヤレスセンサごと及び前記
軸受装置ごとにそれぞれ異なる固有の周波数の搬送波で
通信する監視装置。
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