JP2005092555A - Wireless sensor system and bearing device with wireless sensor - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wireless sensor system allowing a compact and lightweight configuration, having no risk of interference of a power supplying electromagnetic wave with a sensor signal though the wireless system can wirelessly supply operation power and transmit the sensor signal. <P>SOLUTION: This wireless sensor system has a wireless sensor unit 4 and a sensor signal receiver 5. The wireless sensor unit 4 has: a sensor part 6 detecting a detection target; a sensor signal transmission part 9 transmitting the sensor signal outputted by the sensor part 6 by an electromagnetic wave; and a power reception part 8 receiving the operation power driving the sensor part 6 and the sensor signal transmission part 9 by the electromagnetic wave. The sensor signal receiver 5 has a sensor signal reception part 13 and a power-supplying power transmission part 12. A frequency f2 of the electromagnetic wave of the sensor signal transmitted/received between the sensor signal transmission part 9 and the sensor signal reception part 13 is a MHz-unit frequency band of 1MHz to several hundred MHz. A frequency f1 of the power supplying electromagnetic wave transmitted/received between the power-supplying power transmission part 12 and the power reception part 8 is a frequency band of a GHz unit or above such as several GHz. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、各種の検出信号、例えば機械設備の軸受の回転数や温度、あるいは自動車における車輪回転数やタイヤ空気圧などの検出信号を無線で受信するようにしたワイヤレスセンサシステム、ワイヤレスセンサ付軸受装置、およびワイヤレスセンサ付車輪用軸受装置に関する。   The present invention relates to a wireless sensor system and a wireless sensor-equipped bearing device that wirelessly receives various detection signals, for example, detection signals such as the rotation speed and temperature of a bearing of a mechanical facility, or the rotation speed and wheel pressure of a wheel in an automobile. And a wheel bearing device with a wireless sensor.

自動車や、各種産業機械等において、種々のセンサを設けることで、各部の温度、振動等の各種の検出対象を検出し、機器の制御や状態管理等に用いられている。このようなセンサの出力は、一般的には有線で検出信号を送信するが、適切な配線場所が得難い場合がある。そのような場合に、検出信号を電磁波で送信するようにしたワイヤレスセンサシステムが用いられている。送信機は、小型電池を備えたものとされている。   By providing various sensors in automobiles and various industrial machines, various detection targets such as temperature and vibration of each part are detected and used for device control, state management, and the like. Such a sensor output generally transmits a detection signal by wire, but it may be difficult to obtain an appropriate wiring location. In such a case, a wireless sensor system that transmits a detection signal by electromagnetic waves is used. The transmitter is assumed to have a small battery.

例えば、自動車においては、そのタイヤ空気圧の減少を検出し、パンクの早期検出やタイヤバーストの予知を行うことにより安全性向上を図るために、タイヤ空気圧センサの装着が義務付けられようとしている。一般に、この種の空気圧センサは、その検出信号を電磁波によりワイヤレスで車体に伝送するものがほとんどであり、送信機と小型電池とを一体とした構造とすることで動作電力を確保している。   For example, an automobile is required to be equipped with a tire pressure sensor in order to improve safety by detecting a decrease in tire pressure and detecting a puncture early or predicting a tire burst. In general, most of this type of air pressure sensor wirelessly transmits a detection signal to a vehicle body by electromagnetic waves, and operating power is secured by a structure in which a transmitter and a small battery are integrated.

また、一方で、回転センサにより車輪回転数を検出して車両の制動制御を行うＡＢＳ（Anti-lock Brake System）では、センサ電線の破損による事故の防止や、組立コストの低減を図るために、回転センサとしてその検出信号を電磁波などとして送信するワイヤレス式のもの（例えば特許文献１）が提案されている。この種の回転センサの代表例では、多極の回転発電機を利用して、自己発電によるセンサ用電力および送信機用電力の供給と回転数検出を同時に行うことで、車体から回転数センサへ電力供給を行うことなく、コンパクトに構成されている（例えば特許文献２）。
特開２００２−１５１０９０ 特開２００２−５５１１３ On the other hand, in ABS (Anti-lock Brake System), which detects the number of wheel rotations by a rotation sensor and controls the braking of the vehicle, in order to prevent accidents due to breakage of the sensor wire and to reduce the assembly cost, As a rotation sensor, a wireless sensor that transmits a detection signal as an electromagnetic wave (for example, Patent Document 1) has been proposed. In a typical example of this type of rotation sensor, using a multipolar rotary generator, the sensor power and transmitter power are supplied by self-power generation and the rotational speed detection is performed simultaneously. It is comprised compactly, without performing electric power supply (for example, patent document 2).
JP2002-151090 JP 2002-55113 A

上記の電池を電源としたワイヤレスセンサシステムでは、電池に寿命があり、消耗に応じて電池交換の必要があって、電池の寿命管理が煩わしい。電池の処分に伴う環境の問題もある。車輪用軸受装置やタイヤ空気圧の検出に適用する場合は、センサ重量増加によるホイールのアンバランス発生などの問題点も生じる。
上記の自己発電を行う回転センサでは、車輪が回転して初めて発電が行われるため、ＡＢＳの動作領域である約１０Ｋｍ／ｈ以上では安定に動作するものの、停止に近い超低速では検出が不安定になる場合がある。また、回転検出以外の検出対象、例えば温度検出等の場合には単独で適用することができない。
このように、ワイヤレスセンサシステムでは、その電源の確保が課題となっている。特に、センサが複数設けられる場合、その各センサやセンサ信号送信部の電源確保が、より一層難しくなっている。 In the wireless sensor system using the above battery as a power source, the battery has a life, and it is necessary to replace the battery as the battery is consumed. There are also environmental problems associated with battery disposal. When applied to the detection of a wheel bearing device or tire pressure, problems such as the occurrence of wheel imbalance due to an increase in sensor weight also occur.
In the rotation sensor that performs self-power generation, power generation is performed only after the wheel rotates, so that it operates stably at an ABS operating range of about 10 Km / h or more, but detection is unstable at an ultra-low speed that is close to a stop. It may become. In addition, it cannot be applied alone to detection objects other than rotation detection, such as temperature detection.
Thus, in the wireless sensor system, securing the power source has become a problem. In particular, when a plurality of sensors are provided, it is even more difficult to secure a power source for each sensor and sensor signal transmission unit.

そこで、ワイヤレスセンサユニットに対して給電をワイヤレスで行うことを考えたが、ワイヤレスセンサユニットのセンサ信号送信部から送信するセンサ信号と、給電用の電磁波との混信の恐れがある。また、ワイヤレス給電を行う場合、センサ信号の送受に比べて大きな電力の取り出しが必要であり、効率の良い給電が必要となる。アンテナを大型化すれば、ワイヤレス給電の効率の向上が図れるが、アンテナによってワイヤレスセンサユニットの全体が大型化する。   In view of this, the wireless sensor unit is considered to be powered wirelessly, but there is a risk of interference between the sensor signal transmitted from the sensor signal transmission unit of the wireless sensor unit and the electromagnetic wave for power feeding. In addition, when performing wireless power feeding, it is necessary to extract a large amount of electric power compared to the transmission and reception of sensor signals, and efficient power feeding is necessary. Increasing the size of the antenna can improve the efficiency of wireless power feeding, but the overall size of the wireless sensor unit is increased by the antenna.

この発明の目的は、ワイヤレスで動作電力の供給とセンサ信号の送信が可能でありながら、給電用電磁波とセンサ信号の混信の恐れがなく、またコンパクトで軽量な構成とできるワイヤレスセンサシステムを提供することである。
この発明の他の目的は、センサ部を有し、そのセンサ部に対してワイヤレスで動作電力の供給とセンサ信号の送信が可能でありながら、給電用電磁波とセンサ信号の混信の恐れがなく、またコンパクトで軽量な構成とできるワイヤレスセンサ付軸受装置、およびワイヤレスセンサ付車輪用軸受装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a wireless sensor system capable of supplying operating power and transmitting a sensor signal wirelessly, without causing a fear of interference between a feeding electromagnetic wave and a sensor signal, and having a compact and lightweight configuration. That is.
Another object of the present invention is to have a sensor unit and wirelessly supply operating power and transmit a sensor signal to the sensor unit, but there is no fear of interference between the electromagnetic wave for power feeding and the sensor signal, Another object of the present invention is to provide a bearing device with a wireless sensor and a wheel bearing device with a wireless sensor that can be configured to be compact and lightweight.

この発明のワイヤレスセンサシステムは、検出対象を検出するセンサ部（６，６Ａ〜６Ｅ）と、このセンサ部（６，６Ａ〜６Ｅ）が出力するセンサ信号を電磁波で送信するセンサ信号送信部（９，９Ａ，９Ｂ）と、上記センサ部（６，６Ａ〜６Ｅ）およびセンサ信号送信部を駆動する動作電力を電磁波で受信する電力受信部（８，８Ａ，８Ｂ）とをそれぞれ有する１つまたは複数のワイヤレスセンサユニット（４，４Ａ，４Ｂ）と、上記センサ信号送信部（９，９Ａ，９Ｂ）から送信されたセンサ信号を受信するセンサ信号受信部（１３，１３Ａ）と、上記電力受信部（８，８Ａ，８Ｂ）へ動作電力を送信する給電電力送信部（１２）とを備えたワイヤレスセンサシステムにおいて、上記センサ信号送信部（９，９Ａ，９Ｂ）とセンサ信号受信部（１３，１３Ａ）との間で送受するセンサ信号の電磁波の周波数（ｆ２，ｆ３）がＭＨｚ単位の周波数帯であり、上記給電電力送信部（１２）と電力受信手段（８，８Ａ，８Ｂ）との間で送受する給電用の電磁波の周波数（ｆ１）がＧＨｚ単位以上の周波数帯であることを特徴とする。ここで言うＭＨｚ単位の周波数帯は、１ＭＨｚ以上で数百ＭＨｚまでの周波数帯である。また、給電用の電磁波は、１ＧＨｚ以上であれば良く、例えば数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚの周波数帯であっても良い。センサ信号の電磁波は、例えば周波数変調により信号成分を乗せたものとする。   The wireless sensor system of the present invention includes a sensor unit (6, 6A to 6E) that detects a detection target, and a sensor signal transmission unit (9) that transmits a sensor signal output from the sensor unit (6, 6A to 6E) using electromagnetic waves. , 9A, 9B) and one or a plurality of power receiving units (8, 8A, 8B) each receiving operating power for driving the sensor units (6, 6A to 6E) and the sensor signal transmitting unit by electromagnetic waves Wireless sensor units (4, 4A, 4B), sensor signal receivers (13, 13A) for receiving sensor signals transmitted from the sensor signal transmitters (9, 9A, 9B), and power receivers ( 8, 8A, 8B), a wireless sensor system including a feeding power transmission unit (12) for transmitting operating power to the sensor signal transmission unit (9, 9A, 9B) and the sensor signal reception unit. The frequency (f2, f3) of the electromagnetic wave of the sensor signal transmitted / received to / from the unit (13, 13A) is a frequency band in MHz unit, and the power feeding power transmitting unit (12) and the power receiving means (8, 8A, 8B) The frequency (f1) of the power supply electromagnetic wave transmitted / received to / from the frequency band is in the GHz or higher frequency band. The frequency band of MHz unit here is a frequency band from 1 MHz to several hundred MHz. Moreover, the electromagnetic wave for electric power feeding should just be 1 GHz or more, for example, may be a frequency band of several GHz-several dozen GHz. It is assumed that the electromagnetic wave of the sensor signal carries a signal component by frequency modulation, for example.

この構成によると、センサ部（６，６Ａ〜６Ｅ）、およびセンサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ，９）は、動作電力がワイヤレスで供給されるので、センサ部（６，６Ａ〜６Ｅ）等の動作電力として電池や発電機をセンサ部（６，６Ａ〜６Ｅ）等に付加する必要がなく、コンパクトで軽量に構成でき、電池交換が不要なためメンテナンスも容易となる。自己発電を行うものと異なり、設置機器の動作状態にかかわらずに何時でも検出および送受信が可能である。
また、ワイヤレスでセンサ信号の送信および給電を行うが、センサ信号の電磁波をＭＨｚ単位の周波数帯とし、給電用の電磁波をＧＨｚ単位以上の周波数帯とし、両電磁波の周波数帯を大きく異ならせているため、センサ信号と給電用電磁波との混信の恐れがない。センサ信号は、ＭＨｚ単位の周波数帯としているが、ＭＨｚ単位の周波数帯であれば、電波法の規制を受けることなく周波数を高くすることができる。特に、３２２ＭＨｚ以下の周波数では比較的強い電界強度にすることができるので、周波数変調において、周波数偏移を十分に得ることができると共に、信号伝送を確実なものにする事ができる。さらに、微弱電波を使用することで、センサ信号送信部の送信電力を小さくすることができるため、給電電力を小さくすることができる。
ワイヤレス給電用電磁波の周波数は、センサ信号に比べて高い周波数帯としているため、センサ信号用電磁波との混信防止だけでなく、指向性を高くすることができて、効率の良い給電を行うことができると共に、小型のアンテナ部品を使用することができて、ワイヤレスセンサユニット（４，４Ａ，４Ｂ）の小型化を図ることができる。 According to this configuration, the sensor unit (6, 6A to 6E) and the sensor signal transmission unit (9A, 9B, 9) are supplied with operating power wirelessly. It is not necessary to add a battery or a generator as operating power to the sensor unit (6, 6A to 6E) or the like, and it can be configured to be compact and lightweight, and maintenance is easy because battery replacement is unnecessary. Unlike self-power generation, detection and transmission / reception is possible at any time regardless of the operating state of the installed equipment.
In addition, the sensor signal is transmitted and fed wirelessly, but the electromagnetic wave of the sensor signal is set to a frequency band in MHz unit, the electromagnetic wave for feeding is set to a frequency band of GHz unit or more, and the frequency band of both electromagnetic waves is greatly different. Therefore, there is no fear of interference between the sensor signal and the feeding electromagnetic wave. The sensor signal has a frequency band in MHz. However, if the frequency band is in MHz, the frequency can be increased without being restricted by the Radio Law. In particular, since a relatively strong electric field strength can be obtained at a frequency of 322 MHz or less, a sufficient frequency shift can be obtained in frequency modulation, and signal transmission can be ensured. Furthermore, since the transmission power of the sensor signal transmission unit can be reduced by using weak radio waves, the power supply power can be reduced.
Since the frequency of the electromagnetic wave for wireless power feeding is set to a higher frequency band than the sensor signal, not only can the interference with the electromagnetic wave for the sensor signal be prevented, but also directivity can be increased, and efficient power feeding can be performed. In addition, a small antenna component can be used, and the wireless sensor unit (4, 4A, 4B) can be downsized.

この発明のワイヤレスセンサ付軸受装置は、検出対象を検出するセンサ部（６，６Ａ〜６Ｅ）と、このセンサ部（６，６Ａ〜６Ｅ）の出力するセンサ信号を電磁波で送信するセンサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ，９）と、上記センサ部（６，６Ａ〜６Ｅ）およびセンサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ，９Ｂ）を駆動する動作電力を電磁波で受信する電力受信部（８，８Ａ，８Ｂ）とを軸受（３３，５１，５２）に設けたワイヤレスセンサ付軸受装置であって、上記センサ信号送信部（９，９Ａ，９Ｂ）が送信するセンサ信号の電磁波がＭＨｚ単位の周波数帯であり、上記電力受信部（８，８Ａ，８Ｂ）で受信する給電用の電磁波がＧＨｚ単位の周波数帯であることを特徴とする。
この構成によると、センサ部（６，６Ａ〜６Ｅ）およびセンサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ，９）は、動作電力がワイヤレスで供給されるので、センサ部（６，６Ａ〜６Ｅ）等の動作電力として電池や発電機をセンサ部（６，６Ａ〜６Ｅ）等に付加する必要がない。そのため、コンパクトで軽量に構成でき、電池交換が不要なためメンテナンスも容易となる。自己発電を行うものと異なり、設置機器の動作状態にかかわらずに何時でも検出および送受信が可能である。また、センサ信号の電磁波をＭＨｚ単位の周波数帯とし、給電用の電磁波をＧＨｚ単位以上の周波数帯とし、両電磁波の周波数帯を大きく異ならせているため、センサ信号と給電用電磁波との混信の恐れがない。ワイヤレス給電は、センサ信号に比べて高い周波数帯としているため、小型のアンテナ部品を使用することができ、そのためワイヤレスセンサ付軸受装置のより一層の小型化が図れる。 The bearing device with a wireless sensor of the present invention includes a sensor unit (6, 6A to 6E) that detects a detection target, and a sensor signal transmission unit that transmits a sensor signal output from the sensor unit (6, 6A to 6E) using electromagnetic waves. (9A, 9B, 9) and the power receivers (8, 8A, 8B) for receiving the operating power for driving the sensor units (6, 6A-6E) and the sensor signal transmitters (9A, 9B, 9B) by electromagnetic waves ) In the bearing (33, 51, 52), wherein the electromagnetic wave of the sensor signal transmitted by the sensor signal transmitter (9, 9A, 9B) is in a frequency band in MHz unit. The power receiving electromagnetic wave received by the power receiving unit (8, 8A, 8B) is in a frequency band of GHz.
According to this configuration, the sensor unit (6, 6A to 6E) and the sensor signal transmission unit (9A, 9B, 9) are supplied with operating power wirelessly. It is not necessary to add a battery or a generator to the sensor unit (6, 6A to 6E) as electric power. Therefore, it can be configured to be compact and lightweight, and maintenance is also easy because battery replacement is unnecessary. Unlike self-power generation, detection and transmission / reception is possible at any time regardless of the operating state of the installed equipment. In addition, the electromagnetic wave of the sensor signal is set to a frequency band in MHz unit, the electromagnetic wave for power supply is set to a frequency band of GHz unit or more, and the frequency band of both electromagnetic waves is greatly different. There is no fear. Since the wireless power feeding has a higher frequency band than the sensor signal, a small antenna component can be used. Therefore, the bearing device with a wireless sensor can be further downsized.

この発明のワイヤレスセンサ付軸受装置は、上記軸受装置を車輪用軸受装置（３３）としたものであっても良い。すなわち、上記転がり軸受が、複列の軌道面を有する外方部材（１）と、上記軌道面に対向する軌道面を有する内方部材（２）と、対向する両列の軌道面間に介在した複数の転動体（３）とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持するものであっても良い。
車輪用軸受装置（３３）に適用した場合、センサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ，９）および電力受信部（８，８Ａ，８Ｂ））に対して送受するセンサ信号受信部（１３，１３Ａ）や給電電力送信部（１２）をタイヤハウス等の車体側に設置することで、タイヤハウスと車輪用軸受装置（３３）間のハーネスを無くすことができて、飛び石によるハーネスの断線による故障が回避でき、また軽量化が図れる。また、車輪用軸受装置（３３）は、路面上に晒されて各種の面で厳しい環境化にあるため、センサ信号と給電用電磁波の周波数を大きく異ならせたことによる混信防止が効果的である。さらに、車輪用軸受装置（３３）の場合、周辺にナックル等があってセンサ類の配置空間が制限されるため、給電用電磁波をＧＨｚ単位以上の周波数帯としてアンテナを小型化を可能としたことによるコンパクト化の効果が、より有効に発揮される。 In the bearing device with a wireless sensor according to the present invention, the bearing device may be a wheel bearing device (33). That is, the rolling bearing is interposed between the outer member (1) having a double-row raceway surface, the inner member (2) having a raceway surface facing the raceway surface, and the opposite raceway surfaces. A plurality of rolling elements (3) may be provided, and the wheels may be rotatably supported with respect to the vehicle body.
When applied to the wheel bearing device (33), the sensor signal receiver (13, 13A) for transmitting and receiving to the sensor signal transmitter (9A, 9B, 9) and the power receiver (8, 8A, 8B)) By installing the feed power transmitter (12) on the side of the vehicle body such as a tire house, the harness between the tire house and the wheel bearing device (33) can be eliminated, and failure due to disconnection of the harness due to stepping stones can be avoided. In addition, the weight can be reduced. Further, since the wheel bearing device (33) is exposed to the road surface and is in a harsh environment in various aspects, it is effective to prevent interference due to a large difference between the frequency of the sensor signal and the electromagnetic wave for power feeding. . Furthermore, in the case of the wheel bearing device (33), there is a knuckle around the device and the arrangement space of the sensors is limited, so that the antenna can be miniaturized by using the power supply electromagnetic wave as a frequency band of GHz or higher. The effect of downsizing can be more effectively demonstrated.

この発明のワイヤレスセンサシステムは、検出対象を検出するセンサ部と、このセンサ部の出力するセンサ信号を電磁波で送信するセンサ信号送信部と、上記センサ部およびセンサ信号送信部を駆動する動作電力を電磁波で受信する電力受信部とをそれぞれ有する１つまたは複数のワイヤレスセンサユニットと、上記センサ信号送信部から送信されたセンサ信号を受信するセンサ信号受信部と、上記電力受信部へ動作電力を送信する給電電力送信部とを備えたワイヤレスセンサシステムにおいて、上記センサ信号送信部とセンサ信号受信部との間で送受するセンサ信号の電磁波がＭＨｚ単位の周波数帯であり、上記給電電力送信部と電力受信部との間で送受する給電用の電磁波がＧＨｚ単位以上の周波数帯であることを特徴とするものであるため、ワイヤレスで動作電力の供給とセンサ信号の送信が可能でありながら、給電用電磁波とセンサ信号の混信の恐れがなく、またコンパクトで軽量な構成とできる。
この発明のワイヤレスセンサ付軸受装置は、ワイヤレスで動作電力の供給とセンサ信号の送信が可能でありながら、給電用電磁波とセンサ信号の混信の恐れがなく、またコンパクトで軽量な構成とできる。 The wireless sensor system of the present invention includes a sensor unit that detects a detection target, a sensor signal transmission unit that transmits a sensor signal output from the sensor unit by electromagnetic waves, and an operating power that drives the sensor unit and the sensor signal transmission unit. One or a plurality of wireless sensor units each having a power reception unit that receives electromagnetic waves, a sensor signal reception unit that receives a sensor signal transmitted from the sensor signal transmission unit, and transmits operating power to the power reception unit In the wireless sensor system including the feeding power transmitting unit, the electromagnetic wave of the sensor signal transmitted and received between the sensor signal transmitting unit and the sensor signal receiving unit is in a frequency band in MHz, and the feeding power transmitting unit and the power The power supply electromagnetic wave transmitted to and received from the receiving unit is in a frequency band of GHz or higher. Because, while being capable of transmitting wireless in operating power supply and the sensor signal is no fear of interference power feeding electromagnetic wave and the sensor signals and may lightweight structure compact.
The bearing device with a wireless sensor according to the present invention can supply operating power and transmit a sensor signal wirelessly, but has no fear of interference between an electromagnetic wave for power feeding and a sensor signal, and can be configured to be compact and lightweight.

この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。図１に示すように、このワイヤレスセンサシステムは、ワイヤレスセンサユニット４と、このワイヤレスセンサユニット４に対してワイヤレスで電力を供給しかつ各センサ信号を受信するセンサ信号受信機５とを備える。ワイヤレスセンサユニット４は、機械設備やその他種々の機器に設置される。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the wireless sensor system includes a wireless sensor unit 4 and a sensor signal receiver 5 that wirelessly supplies power to the wireless sensor unit 4 and receives each sensor signal. The wireless sensor unit 4 is installed in mechanical equipment and other various devices.

ワイヤレスセンサユニット４は、検出対象を検出するセンサ部６と、このセンサ部６が出力するセンサ信号を電磁波で送信するセンサ信号送信部９と、上記センサ部６およびセンサ信号送信部９を駆動する動作電力を電磁波で受信する電力受信部８とを備える。センサ信号送信部９および電力受信部８により、送受信ユニット７が構成される。センサ部６は、どのような検出対象の検出を行うものであっても良く、例えば回転、温度、振動、荷重、トルク、または軸受の予圧等を検出対象とするセンサが用いられる。
センサ信号受信機５は、ワイヤレスセンサユニット４のセンサ信号送信部９から送信されたセンサ信号を受信するセンサ信号受信部１３と、電力受信部８へ動作電力を送信する給電電力送信部１２とを備える。 The wireless sensor unit 4 drives a sensor unit 6 that detects a detection target, a sensor signal transmission unit 9 that transmits a sensor signal output from the sensor unit 6 using electromagnetic waves, and the sensor unit 6 and the sensor signal transmission unit 9. And a power receiving unit 8 that receives operating power by electromagnetic waves. The sensor signal transmission unit 9 and the power reception unit 8 constitute a transmission / reception unit 7. The sensor unit 6 may detect any detection target. For example, a sensor whose detection target is rotation, temperature, vibration, load, torque, bearing preload, or the like is used.
The sensor signal receiver 5 includes a sensor signal receiving unit 13 that receives the sensor signal transmitted from the sensor signal transmitting unit 9 of the wireless sensor unit 4 and a power supply power transmitting unit 12 that transmits operating power to the power receiving unit 8. Prepare.

センサ信号送信部９とセンサ信号受信部１３との間のセンサ信号の送受は、周波数ｆ２の電磁波で行われ、給電電力送信部１２と電力受信部８との間の動作電力の送受は、センサ信号の周波数ｆ２とは異なる周波数ｆ１の電磁波で行われる。この場合に、上記センサ信号の電磁波の周波数ｆ２は、ＭＨｚ（メガヘルツ）単位の周波数帯、例えば１ＭＨｚ以上で数百ＭＨｚまでの周波数帯とされる。給電用の電磁波の周波数ｆ１は、ＧＨｚ（ギガヘルツ）単位以上の周波数帯とされ、例えば数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚの周波数帯とされる。センサ信号の電磁波は、例えば周波数変調により信号成分を乗せたものとする。   Transmission / reception of the sensor signal between the sensor signal transmission unit 9 and the sensor signal reception unit 13 is performed by an electromagnetic wave having a frequency f2, and transmission / reception of the operating power between the feeding power transmission unit 12 and the power reception unit 8 is performed by a sensor. This is performed with an electromagnetic wave having a frequency f1 different from the frequency f2 of the signal. In this case, the frequency f2 of the electromagnetic wave of the sensor signal is set to a frequency band in MHz (megahertz), for example, a frequency band from 1 MHz to several hundred MHz. The frequency f1 of the electromagnetic wave for power supply is a frequency band of GHz (gigahertz) or more, for example, a frequency band of several GHz to several tens GHz. It is assumed that the electromagnetic wave of the sensor signal carries a signal component by frequency modulation, for example.

図２は回路構成例を示す。ワイヤレスセンサユニット４における電力受信部８は、アンテナ２２、ＬＣ回路２３等からなる同調回路１０と、ダイオード２４、コンデンサ２５等からなる検波整流回路１１とで構成される。センサ信号送信部９は、アンテナ１９、ＬＣ回路２０、半導体スイッチング素子２１などを有する。センサ信号送信部９は、ＦＭ変調回路（図示せず）を有するものであっても良い。
センサ信号受信機５の給電電力送信部１２は、高周波発信部２６および送信回路部２７からなる。送信回路部２７は、アンテナ２８、ＬＣ回路２９、半導体スイッチング素子３０などからなる。センサ信号受信部１３は、同調回路３７と検波部３８とを有する。同調回路３７は、アンテナ３９、ＬＣ回路４０などからなる。センサ信号受信部１３は、ワイヤレスセンサユニット４のセンサ信号送信部９がＦＭ変調を行うものである場合、ＦＭ復調回路（図示せず）が設けられる。 FIG. 2 shows a circuit configuration example. The power receiving unit 8 in the wireless sensor unit 4 includes a tuning circuit 10 including an antenna 22 and an LC circuit 23 and a detection rectification circuit 11 including a diode 24 and a capacitor 25 and the like. The sensor signal transmission unit 9 includes an antenna 19, an LC circuit 20, a semiconductor switching element 21, and the like. The sensor signal transmission unit 9 may have an FM modulation circuit (not shown).
The feeding power transmission unit 12 of the sensor signal receiver 5 includes a high frequency transmission unit 26 and a transmission circuit unit 27. The transmission circuit unit 27 includes an antenna 28, an LC circuit 29, a semiconductor switching element 30, and the like. The sensor signal receiving unit 13 includes a tuning circuit 37 and a detection unit 38. The tuning circuit 37 includes an antenna 39, an LC circuit 40, and the like. When the sensor signal transmission unit 9 of the wireless sensor unit 4 performs FM modulation, the sensor signal reception unit 13 is provided with an FM demodulation circuit (not shown).

この構成のワイヤレスセンサシステムによると、ワイヤレスセンサユニット４のセンサ部６およびセンサ信号送信部９は、動作電力がワイヤレスで供給されるので、センサ部６等の動作電力として電池や発電機をセンサ部６等に付加する必要がなく、コンパクトで軽量に構成でき、電池交換が不要なためメンテナンスも容易となる。自己発電を行うものと異なり、設置機器の動作状態にかかわらずに何時でも検出および送受信が可能である。
ワイヤレスでセンサ信号の送信および給電を行うが、センサ信号の電磁波の周波数ｆ２をＭＨｚ単位の周波数帯とし、給電用の電磁波の周波数ｆ１をＧＨｚ単位以上の周波数帯として両電磁波の周波数帯を大きく異ならせているため、センサ信号と給電用電磁波との混信の恐れがない。 According to the wireless sensor system having this configuration, the sensor unit 6 and the sensor signal transmission unit 9 of the wireless sensor unit 4 are supplied with operating power wirelessly, so that a battery or a generator is used as the operating power of the sensor unit 6 or the like. There is no need to add to 6 etc., it can be configured to be compact and lightweight, and maintenance is also easy because no battery replacement is required. Unlike self-power generation, detection and transmission / reception is possible at any time regardless of the operating state of the installed equipment.
The sensor signal is transmitted and fed wirelessly. The frequency f2 of the electromagnetic wave of the sensor signal is set to a frequency band in MHz unit, and the frequency band of the electromagnetic wave for power supply is set to a frequency band of GHz unit or more. Therefore, there is no fear of interference between the sensor signal and the power feeding electromagnetic wave.

センサ信号は、ＭＨｚ単位の周波数帯としているが、ＭＨｚ単位の周波数帯であれば、電波法の規制を受けることなく周波数を高くすることができる。例えば、センサ信号の送信に３００ＭＨｚ帯域の微弱電波を使用し、周波数変調して送信する。３００ＭＨｚ帯域の微弱電波で信号送信すると、電波法の規制を受けることが無く、周波数を高くすることができる。特に、３２２ＭＨｚ以下の周波数では比較的強い電界強度にすることができるので、周波数変調において周波数偏移を十分に得ることができると共に、信号伝送を確実なものにする事ができる。さらに、微弱電波を使用することで、センサ信号送信部９の送信電力を小さくすることができるため、給電電力を小さくすることができる。ワイヤレス給電は、有線による給電に比べて効率が悪いため、給電電力が小さくできることは、省エネルギの効果が大きい。   The sensor signal has a frequency band in MHz. However, if the frequency band is in MHz, the frequency can be increased without being restricted by the Radio Law. For example, a weak radio wave of 300 MHz band is used for transmission of the sensor signal, and the frequency is modulated and transmitted. When a signal is transmitted with a weak radio wave in the 300 MHz band, the frequency can be increased without being restricted by the Radio Law. In particular, since a relatively strong electric field strength can be obtained at a frequency of 322 MHz or lower, a sufficient frequency shift can be obtained in frequency modulation, and signal transmission can be ensured. Furthermore, since the transmission power of the sensor signal transmission unit 9 can be reduced by using weak radio waves, the power supply power can be reduced. Since wireless power feeding is less efficient than wired power feeding, the ability to reduce power feeding power has a significant energy saving effect.

ワイヤレス給電用電磁波の周波数ｆ１は、センサ信号に比べて高い周波数帯としているため、センサ信号用電磁波との混信防止だけでなく、指向性を高くすることができて、効率の良い給電を行うことができる。また、小型のアンテナ部品を使用することができて、ワイヤレスセンサユニット４の小型化を図ることができる。ワイヤレス給電用電磁波の周波数ｆ１は、例えば、２．４ＧＨｚのＩＳＭ帯を使用しても良い。ＩＳＭ帯は、産業科学医療用周波数帯であり、世の中に広く開放されて普及しているため、部品を安価に入手することができる。そのため、ワイヤレスセンサシステムの低価格化が可能になる。   The frequency f1 of the electromagnetic wave for wireless power feeding is set to a frequency band higher than that of the sensor signal, so that not only interference with the electromagnetic wave for sensor signal can be prevented, but also directivity can be increased and efficient power feeding is performed. Can do. In addition, a small antenna component can be used, and the wireless sensor unit 4 can be downsized. As the frequency f1 of the electromagnetic wave for wireless power feeding, for example, an ISM band of 2.4 GHz may be used. The ISM band is an industrial scientific medical frequency band, and since it is widely open and popular in the world, parts can be obtained at low cost. Therefore, the price of the wireless sensor system can be reduced.

図３，図４は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、複数のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂと、これら複数のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂに対してワイヤレスで電力を供給しかつ各センサ信号を受信するセンサ信号受信機５とを備えた例である。ワイヤレスセンサユニットの個数は特に制限がないが、同図は２個の場合を示している。ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂ、およびセンサ信号受信機５の構成は、特に説明する事項を除いて、図１，図２に示す実施形態のワイヤレスセンサユニット４およびセンサ信号受信機５と同じである。   3 and 4 show another embodiment of the present invention. This embodiment includes a plurality of wireless sensor units 4A and 4B and a sensor signal receiver 5 that wirelessly supplies power to the plurality of wireless sensor units 4A and 4B and receives each sensor signal. It is. The number of wireless sensor units is not particularly limited, but the figure shows the case of two. The configurations of the wireless sensor units 4A and 4B and the sensor signal receiver 5 are the same as those of the wireless sensor unit 4 and the sensor signal receiver 5 of the embodiment shown in FIGS.

各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂは、それぞれセンサ部６Ａ，６Ｂと、送受信ユニット７Ａ，７Ｂとからなる。センサ部６Ａ，６Ｂは、検出対象の検出を行う手段である。送受信ユニット７Ａ，７Ｂは、それぞれ電力受信部８Ａ，８Ｂと、センサ信号送信部９Ａ，９Ｂとでなる。   Each of the wireless sensor units 4A and 4B includes sensor units 6A and 6B and transmission / reception units 7A and 7B, respectively. The sensor units 6A and 6B are means for detecting a detection target. The transmission / reception units 7A and 7B include power reception units 8A and 8B and sensor signal transmission units 9A and 9B, respectively.

図４に示すように、電力受信部８Ａ，８Ｂは、所定の給電用周波数ｆ１の電磁波から、同調回路１０Ａ，１０Ｂと検波整流回路１１Ａ，１１Ｂにより動作電力を得る手段である。得られた動作電力は、センサ部６Ａ，６Ｂとセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂの駆動に用いられる。電力受信部８Ａ，８Ｂは、アンテナ２２、ＬＣ回路２３等からなる同調回路１０Ａ，１０Ｂと、ダイオード２４、コンデンサ２５等からなる検波整流回路１１Ａ，１１Ｂとで構成される。
センサ信号送信部９Ａ，９Ｂは、センサ部６Ａ，６Ｂが検出した信号を給電用周波数ｆ１とは異なる固有周波数ｆ２，ｆ３の電磁波のセンサ信号としてそれぞれ送信する手段である。センサ信号送信部９Ａ，９Ｂは、アンテナ１９、ＬＣ回路２０、半導体スイッチング素子２１などからなる。 As shown in FIG. 4, the power receivers 8A and 8B are means for obtaining operating power from the electromagnetic waves having a predetermined power feeding frequency f1 by the tuning circuits 10A and 10B and the detection rectifier circuits 11A and 11B. The obtained operating power is used to drive the sensor units 6A and 6B and the sensor signal transmission units 9A and 9B. The power receiving units 8A and 8B are configured by tuning circuits 10A and 10B including an antenna 22, an LC circuit 23, and the like, and detection rectifier circuits 11A and 11B including a diode 24, a capacitor 25, and the like.
The sensor signal transmission units 9A and 9B are means for transmitting the signals detected by the sensor units 6A and 6B as electromagnetic wave sensor signals having natural frequencies f2 and f3 different from the power feeding frequency f1, respectively. The sensor signal transmission units 9A and 9B include an antenna 19, an LC circuit 20, a semiconductor switching element 21, and the like.

給電用周波数ｆ１とセンサ信号送信用周波数ｆ２，ｆ３とは互いに大きく異なる周波数帯であることが好ましく、上記実施形態と同じく、例えば給電用周波数ｆ１は数ＧＨｚ等のＧＨｚ単位の周波数帯とされ、センサ信号用の周波数ｆ２，ｆ３は、数百ＭＨｚ等のＭＨｚ単位の周波数帯とされる。   The power supply frequency f1 and the sensor signal transmission frequencies f2 and f3 are preferably different from each other. Like the above embodiment, for example, the power supply frequency f1 is a frequency band in GHz such as several GHz, The sensor signal frequencies f2 and f3 are set to a frequency band in MHz such as several hundred MHz.

センサ信号受信機５は、上記給電用周波数ｆ１の電磁波を送信する給電電力送信部１２と、上記複数のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂの送信する各固有周波数ｆ２，ｆ３のワイヤレスセンサ信号を受信可能なセンサ信号受信部１３とを有する。給電電力送信部１２は、高周波発信部２６と送信部２７とでなり、送信部２７は、アンテナ２８、ＬＣ回路２９、半導体スイッチング素子３０などからなる。センサ信号受信部１３は、上記各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂに対応する複数（図示の例では２つ）の受信回路１３ａからなる。各受信回路１３ａは各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂの送信する固有周波数ｆ２，ｆ３にそれぞれ対応した単一周波数の受信回路であって、それぞれ同調回路３７と検波部３８とを有する。同調回路３７は、アンテナ３９、ＬＣ回路４０などからなる。   The sensor signal receiver 5 can receive a wireless sensor signal of each of the natural frequencies f2 and f3 transmitted by the plurality of wireless sensor units 4A and 4B and the power feeding power transmission unit 12 that transmits the electromagnetic wave having the power feeding frequency f1. And a sensor signal receiving unit 13. The feed power transmission unit 12 includes a high-frequency transmission unit 26 and a transmission unit 27. The transmission unit 27 includes an antenna 28, an LC circuit 29, a semiconductor switching element 30, and the like. The sensor signal receiving unit 13 includes a plurality of (two in the illustrated example) receiving circuits 13a corresponding to the wireless sensor units 4A and 4B. Each receiving circuit 13a is a single frequency receiving circuit corresponding to each of the natural frequencies f2 and f3 transmitted by the wireless sensor units 4A and 4B, and includes a tuning circuit 37 and a detecting unit 38, respectively. The tuning circuit 37 includes an antenna 39, an LC circuit 40, and the like.

センサ信号受信機５から送信される給電用電磁波の偏波面と、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂから送信されるセンサ信号用電磁波の偏波面とは互いに異ならせてある。周波数の違いに加えて、偏波面を互いに異ならせることで、給電用電磁波のセンサ信号用電磁波への影響がより確実に回避され、信号分離が向上する。また、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂから送信されるセンサ信号用電磁波の偏波面同士も互いに異ならせてある。これにより各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂから送信されるセンサ信号用電磁波の混信回避，信号分離の向上が得られる。   The plane of polarization of the power feeding electromagnetic wave transmitted from the sensor signal receiver 5 is different from the plane of polarization of the electromagnetic wave for sensor signal transmitted from each of the wireless sensor units 4A and 4B. In addition to the difference in frequency, by making the planes of polarization different from each other, the influence of the electromagnetic wave for power feeding on the electromagnetic wave for sensor signal is more reliably avoided, and the signal separation is improved. The planes of polarization of the sensor signal electromagnetic waves transmitted from the wireless sensor units 4A and 4B are also different from each other. Thereby, avoidance of interference of the electromagnetic waves for sensor signals transmitted from the respective wireless sensor units 4A and 4B and improvement of signal separation can be obtained.

この構成のワイヤレスセンサシステムの場合、複数のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂに対して共通のセンサ信号受信機５からワイヤレスの電力供給とワイヤレスセンサ信号の受信とを行うようにしたため、ワイヤレスセンサシステムの全体が簡素な構成となる。給電用周波数ｆ１はＧＨｚ単位の周波数帯とし、またセンサ信号送信用周波数ｆ２，ｆ３はＭＨｚとして大きく周波数を異ならせているので、混信の恐れがない。また、給電用周波数ｆ１はＧＨｚ単位の周波数帯としているため、電力受信部８Ａ，８Ｂのアンテナ２２が小さくでき、ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂの全体のコンパクト化が得られる。   In the case of the wireless sensor system having this configuration, wireless power supply and reception of wireless sensor signals are performed from the common sensor signal receiver 5 to the plurality of wireless sensor units 4A and 4B. Is a simple configuration. The power supply frequency f1 is a frequency band in GHz units, and the sensor signal transmission frequencies f2 and f3 are greatly different as MHz, so there is no fear of interference. In addition, since the power supply frequency f1 is set to a frequency band of GHz, the antenna 22 of the power receiving units 8A and 8B can be made small, and the entire wireless sensor units 4A and 4B can be made compact.

図５はこの発明の他の実施形態におけるセンサ信号受信機５Ａの構成を示す。この実施形態は、図４に示した第１の実施形態において、センサ信号受信機５を同図の構成としたものである。ワイヤレスセンサユニットには図３，図４の実施形態と同じものが用いられる。この例では、センサ信号受信機５Ａにおけるセンサ信号受信部１３Ａが、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂ（図４）の送信する固有周波数ｆ２，ｆ３にそれぞれ対応した単一周波数の複数の同調回路３７Ａ，３７Ｂと、これら複数の同調回路３７Ａ，３７Ｂの出力を時分割で切替えて検波する１つの切替え検波部４１とで構成されている。切替え検波部４１は、検波部４２と、両同調回路３７Ａ，３７Ｂを時分割で切替えて検波部４２に接続する切替部４３とでなる。その他の構成は第１の実施形態におけるセンサ信号受信機５と同じである。   FIG. 5 shows a configuration of a sensor signal receiver 5A according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, the sensor signal receiver 5 is configured as shown in FIG. 4 in the first embodiment shown in FIG. The same wireless sensor unit as that of the embodiment of FIGS. 3 and 4 is used. In this example, the sensor signal receiver 13A in the sensor signal receiver 5A has a plurality of tuning circuits 37A having a single frequency respectively corresponding to the natural frequencies f2 and f3 transmitted by the wireless sensor units 4A and 4B (FIG. 4). 37B and one switching detection unit 41 that performs detection by switching the outputs of the plurality of tuning circuits 37A and 37B in a time-sharing manner. The switching detection unit 41 includes a detection unit 42 and a switching unit 43 that switches both tuning circuits 37A and 37B in a time division manner and connects to the detection unit 42. Other configurations are the same as those of the sensor signal receiver 5 in the first embodiment.

この実施形態の場合、切替え検波部４１の切替部４３が同調回路３７Ａを検波部４２に切替え接続したときに、その同調回路３７Ａが受信する回転数検出用のワイヤレスセンサユニット４Ａからの周波数ｆ２の信号を検波部４２が検波する。切替え検波部４１の切替部４３が同調回路３７Ｂを検波部４２に切替え接続したときは、その同調回路３７Ｂが受信するワイヤレスセンサユニット４Ｂからの周波数ｆ３の信号を検波部４２が検波する。
この実施形態の場合、複数（ここでは２つ）のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂから送信される固有周波数ｆ２，ｆ３の電磁波を、センサ信号受信機５Ａでは１つの検波部４２により区別して検波できるので、ワイヤレスセンサユニットの数が多い場合でもセンサ信号受信機５Ａの構成を簡略化できる。 In the case of this embodiment, when the switching unit 43 of the switching detection unit 41 switches and connects the tuning circuit 37A to the detection unit 42, the frequency f2 from the rotational speed detection wireless sensor unit 4A received by the tuning circuit 37A is received. The detector 42 detects the signal. When the switching unit 43 of the switching detection unit 41 switches and connects the tuning circuit 37B to the detection unit 42, the detection unit 42 detects a signal of the frequency f3 from the wireless sensor unit 4B received by the tuning circuit 37B.
In the case of this embodiment, the electromagnetic waves of the natural frequencies f2 and f3 transmitted from a plurality (two in this case) of the wireless sensor units 4A and 4B can be detected separately by the single detector 42 in the sensor signal receiver 5A. Even when the number of wireless sensor units is large, the configuration of the sensor signal receiver 5A can be simplified.

なお、図５の実施形態において、複数の同調回路３７Ａ，３７Ｂを設ける代わりに、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂ（図４）の送信する固有周波数に対応して、同調周波数を可変し得る単一の同調回路を設けても良い。その場合、センサ信号受信部１３Ａは、この可変の同調回路の固有周波数を切替部により時分割で切替えて、検波部４２で検波する回路とする。   In the embodiment of FIG. 5, instead of providing a plurality of tuning circuits 37A and 37B, a single tuning frequency that can be varied according to the natural frequency transmitted by each of the wireless sensor units 4A and 4B (FIG. 4). A tuning circuit may be provided. In this case, the sensor signal receiving unit 13A is a circuit that switches the natural frequency of the variable tuning circuit in a time-division manner by the switching unit and detects by the detection unit 42.

つぎに、この実施形態のワイヤレスセンサシステムを自動車に適用した例を、図６，図７と共に説明する。この実施形態は、車輪３１の回転数とタイヤ空気圧を検出するものである。図６に示すように、車輪３１は、車輪用軸受装置３３を介して車体３４に回転自在に支持されている。車輪用軸受装置３３は、車輪支持部材となる外方部材１と、回転部材となる内方部材２との間に複列の転動体３を介在させたものである。外方部材１は、車体３４から下方に突出したサスペンションに、ナックル（図示せず）を介して支持されている。内方部材２は、一端の外周に車輪取付フランジ２ａを有するハブ輪２Ａと等速ジョイント１５の外輪１５ａを組み合わせたものとされ、ハブ輪２Ａの車輪取付フランジ２ａに車輪３１が取付けられている。車輪３１の車輪用軸受装置３３の内方部材２は、等速ジョイント１５を介して車軸１６に連結されている。   Next, an example in which the wireless sensor system of this embodiment is applied to an automobile will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the rotational speed of the wheel 31 and the tire air pressure are detected. As shown in FIG. 6, the wheel 31 is rotatably supported by the vehicle body 34 via a wheel bearing device 33. The wheel bearing device 33 has a double row rolling element 3 interposed between an outer member 1 serving as a wheel support member and an inner member 2 serving as a rotating member. The outer member 1 is supported by a suspension protruding downward from the vehicle body 34 via a knuckle (not shown). The inner member 2 is a combination of a hub wheel 2A having a wheel mounting flange 2a on the outer periphery of one end and an outer ring 15a of a constant velocity joint 15, and a wheel 31 is mounted on the wheel mounting flange 2a of the hub wheel 2A. . The inner member 2 of the wheel bearing device 33 of the wheel 31 is connected to the axle 16 via the constant velocity joint 15.

外方部材１と内方部材２間の環状空間の一端部には、車輪３１の回転数を検出するためのワイヤレスセンサユニット４Ａが設置されている。また、車輪３１には、そのタイヤ空気圧を検出するためのワイヤレスセンサユニット４Ｂが設置されている。車体３４の例えばタイヤハウス３４ａには、前記各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂに対してワイヤレスで電力を供給し、かつ各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂからのセンサ信号を受信するセンサ信号受信機５が設置されている。各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂは、図４と共に前述した構成のものである。センサ信号受信機５は、図４と共に説明したもの、または図５と共に説明したものである。   At one end of the annular space between the outer member 1 and the inner member 2, a wireless sensor unit 4A for detecting the number of rotations of the wheel 31 is installed. The wheel 31 is provided with a wireless sensor unit 4B for detecting the tire air pressure. A sensor signal receiver 5 that wirelessly supplies power to the wireless sensor units 4A and 4B and receives sensor signals from the wireless sensor units 4A and 4B is installed in a tire house 34a of the vehicle body 34, for example. Has been. Each of the wireless sensor units 4A and 4B has the configuration described above with reference to FIG. The sensor signal receiver 5 has been described with reference to FIG. 4 or has been described with reference to FIG.

回転数検出用のワイヤレスセンサユニット４Ａのセンサ部６Ａ、つまり回転センサとなるセンサ部６Ａは、図６のように内方部材２に装着された磁気エンコーダ１７と、この磁気エンコーダ１７に対峙して外方部材１に装着される磁気センサ１８とで構成される。磁気エンコーダ１７は、円周方向に並べて磁極Ｎ，Ｓを設けた多極磁石からなる。磁石にはフェライト系、希土類系のゴム磁石、プラスチック磁石、焼結磁石を使用しても良い。磁気センサ１８は、磁気抵抗型センサ、つまり磁気抵抗素子（「ＭＲ素子」とも呼ばれる）を用いたセンサからなり、車輪３１の回転に伴う磁気エンコーダ１７の磁極変化を検出してインクリメンタルなパルス信号をセンサ信号として出力する。磁気センサ１８は、磁気抵抗型センサの他にホール効果型センサや、ＭＩセンサ、フラックスゲート型磁界センサ等であっても良い。回転センサは、多極磁石と磁気センサとの組み合わせであると、小型で分解能等の精度の良い回転センサが構成できる。また、磁気抵抗型の磁気センサはセンサ素子の抵抗値を大きくすることで消費電電力を小さくできるので、配線に比べて給電効率の悪いワイヤレス給電に組み合わせるセンサとして好ましい。
タイヤ空気圧検出用のワイヤレスセンサユニット４Ｂは、例えば図７に示すようにタイヤホイール３５の一部に装着される。タイヤ空気圧検出用のワイヤレスセンサユニット４Ｂにおけるセンサ部６Ｂ（図３）は、タイヤ３６の空気圧を検出するセンサである。 The sensor unit 6A of the wireless sensor unit 4A for detecting the number of revolutions, that is, the sensor unit 6A serving as a rotation sensor is opposed to the magnetic encoder 17 mounted on the inner member 2 as shown in FIG. It is comprised with the magnetic sensor 18 with which the outer member 1 is mounted | worn. The magnetic encoder 17 is composed of a multipolar magnet provided with magnetic poles N and S arranged in the circumferential direction. The magnet may be a ferrite or rare earth rubber magnet, plastic magnet, or sintered magnet. The magnetic sensor 18 is composed of a magnetoresistive sensor, that is, a sensor using a magnetoresistive element (also referred to as “MR element”). The magnetic sensor 18 detects a change in the magnetic pole of the magnetic encoder 17 accompanying the rotation of the wheel 31 and outputs an incremental pulse signal. Output as a sensor signal. In addition to the magnetoresistive sensor, the magnetic sensor 18 may be a Hall effect sensor, an MI sensor, a fluxgate magnetic field sensor, or the like. If the rotation sensor is a combination of a multipolar magnet and a magnetic sensor, a rotation sensor having a small size and high accuracy such as resolution can be configured. In addition, the magnetoresistive type magnetic sensor can reduce power consumption by increasing the resistance value of the sensor element. Therefore, the magnetoresistive sensor is preferable as a sensor combined with wireless power feeding that has lower power feeding efficiency than wiring.
The wireless sensor unit 4B for tire pressure detection is attached to a part of the tire wheel 35 as shown in FIG. 7, for example. The sensor unit 6B (FIG. 3) in the wireless sensor unit 4B for tire pressure detection is a sensor that detects the air pressure of the tire 36.

図６にもとづき動作を説明する。車体３４に設置されたセンサ信号受信機５の給電電力送信部１２（図３）から送信される給電用電磁波は、回転数検出用のワイヤレスセンサユニット４Ａおよびタイヤ空気圧検出用のワイヤレスセンサユニット４Ｂの各電力受信部８Ａ，８Ｂで受信され検波整流されることで、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂに動作電力が得られる。   The operation will be described with reference to FIG. The power supply electromagnetic wave transmitted from the power supply transmission unit 12 (FIG. 3) of the sensor signal receiver 5 installed on the vehicle body 34 is transmitted from the wireless sensor unit 4A for detecting the rotational speed and the wireless sensor unit 4B for detecting the tire pressure. Operating power is obtained in each of the wireless sensor units 4A and 4B by being received and rectified and detected by the respective power receiving units 8A and 8B.

車輪用軸受装置３３に設置された回転数検出用のワイヤレスセンサユニット４Ａでは、そのセンサ部６Ａによって車輪の回転数が検出される。すなわち、車輪３１の回転に伴う内方部材２側の磁気エンコーダ１７の磁極変化を、外方部材１側のホイール回転センサの磁気センサ１８が検出し、インクリメンタルな検出信号を出力する。この検出信号は、センサ信号送信部９Ａによって周波数ｆ２の電磁波を搬送波としてワイヤレス送信される。この電磁波は、センサ信号受信機５のセンサ信号受信部１３における２つの受信回路のうち、ワイヤレスセンサユニット４Ａに対応する受信回路で受信・検波されて、車輪回転数に関するセンサ信号として出力される。   In the wireless sensor unit 4A for detecting the rotational speed installed in the wheel bearing device 33, the rotational speed of the wheel is detected by the sensor unit 6A. That is, the magnetic sensor 18 of the wheel rotation sensor on the outer member 1 side detects the magnetic pole change of the magnetic encoder 17 on the inner member 2 side accompanying the rotation of the wheel 31, and outputs an incremental detection signal. This detection signal is wirelessly transmitted by the sensor signal transmission unit 9A using the electromagnetic wave having the frequency f2 as a carrier wave. This electromagnetic wave is received and detected by the receiving circuit corresponding to the wireless sensor unit 4A out of the two receiving circuits in the sensor signal receiving unit 13 of the sensor signal receiver 5, and is output as a sensor signal relating to the wheel rotational speed.

また、車輪３１のタイヤホイール３５に設置されたタイヤ空気圧検出用のワイヤレスセンサユニット４Ｂでは、そのセンサ部６Ｂによってタイヤ空気圧が検出される。その検出信号は、センサ信号送信部９Ｂによって周波数ｆ３の電磁波を搬送波としてワイヤレス送信される。この電磁波は、センサ信号受信機５のセンサ信号受信部１３における２つの受信回路のうち、ワイヤレスセンサユニット４Ｂに対応する受信回路で受信・検波されて、タイヤ空気圧に関するセンサ信号として出力される。   In the wireless sensor unit 4B for tire pressure detection installed on the tire wheel 35 of the wheel 31, the tire pressure is detected by the sensor unit 6B. The detection signal is wirelessly transmitted by the sensor signal transmission unit 9B using the electromagnetic wave having the frequency f3 as a carrier wave. This electromagnetic wave is received and detected by the receiving circuit corresponding to the wireless sensor unit 4B out of the two receiving circuits in the sensor signal receiving unit 13 of the sensor signal receiver 5, and is output as a sensor signal related to tire air pressure.

このように、このワイヤレスセンサシステムでは、車体３４に設置されるセンサ信号受信機５から各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂに対して電磁波として電力をワイヤレスで供給すると共に、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂから電磁波として送信されるセンサ信号を受信するようにしているので、電池をセンサの電源とする従来例のような電池切れ等の問題がない。また、検出されるタイヤ空気圧や車輪回転数などの検出結果をワイヤレス信号として確実に伝送でき、かつ各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂにおけるセンサ部６Ａ，６Ｂをコンパクトで安価に構成できる。電池交換が不要なためメンテナンスも容易となる。   As described above, in this wireless sensor system, electric power is supplied wirelessly as electromagnetic waves from the sensor signal receiver 5 installed in the vehicle body 34 to each wireless sensor unit 4A, 4B, and from each wireless sensor unit 4A, 4B. Since the sensor signal transmitted as an electromagnetic wave is received, there is no problem such as battery exhaustion as in the conventional example using a battery as a power source of the sensor. Further, detection results such as detected tire air pressure and wheel rotation speed can be reliably transmitted as wireless signals, and the sensor units 6A and 6B in the wireless sensor units 4A and 4B can be configured compactly and inexpensively. Maintenance is also easy because no battery replacement is required.

磁気センサ１８をセンサ部６Ａとして持つ回転数検出用のワイヤレスセンサユニット４Ａの場合、車輪３１の回転により動作電力を発電する自己発電型のものでないので、停止に近い車輪回転時でも回転数検出を確実に行うことができ、低摩擦係数路での停止寸前のＡＢＳ作動や発進時・超低速時のトラクション制御など、より高度な制御による走行安定性を実現できる。
また、タイヤ空気圧センサをセンサ部６Ｂとして持つワイヤレスセンサユニット４Ｂの場合、動作電力のための電池がないことから、重量低減によるホイールバランスを確保することができる。 In the case of the wireless sensor unit 4A for detecting the rotational speed having the magnetic sensor 18 as the sensor unit 6A, it is not a self-power generation type that generates the operating power by the rotation of the wheel 31, so the rotational speed can be detected even when the wheel rotates close to stopping. It is possible to carry out surely, and it is possible to realize running stability by more advanced control such as ABS operation just before stopping on a low friction coefficient road and traction control at the time of starting and at ultra-low speed.
Further, in the case of the wireless sensor unit 4B having the tire pressure sensor as the sensor unit 6B, since there is no battery for operating power, wheel balance by weight reduction can be ensured.

なお、図６に示す車輪用軸受装置３３は、第４世代型のものであるが、この発明は、各世代型の車輪用軸受装置に適用でき、例えば図８に示す第３世代型の車輪用軸受装置に適用することができる。同図の例では、内方部材２は、ハブ輪２Ａとその一端の外周に嵌合した内輪２Ｂとでなり、ハブ輪２Ａおよび内輪２Ｂに、各列の軌道面が形成される。両軌道面に対向する軌道面は、図６に示す例と同様に、外方部材１の内周に設けられる。ハブ輪２Ａの内周には、等速ジョイント１５の外輪１５ａに設けられた軸部が嵌合し、内方部材２と等速ジョント外輪１５ａとが結合される。
回転数検出用のワイヤレスセンサユニット４Ａのセンサ部（回転センサ）６Ａは、内方部材２に装着された磁気エンコーダ１７と、この磁気エンコーダ１７に対峙して外方部材１に装着される磁気センサ１８とで構成される。磁気エンコーダ１７は、内方部材２に装着されたシール構成部品となるスリンガに設けられている。同図の例におけるその他の構成は、図６，図７に示した実施形態と同様である。 The wheel bearing device 33 shown in FIG. 6 is a fourth generation type, but the present invention can be applied to each generation type wheel bearing device. For example, the third generation type wheel shown in FIG. The present invention can be applied to a bearing device. In the example shown in the figure, the inner member 2 is composed of a hub wheel 2A and an inner ring 2B fitted to the outer periphery of one end thereof, and the raceway surfaces of each row are formed on the hub wheel 2A and the inner ring 2B. Similar to the example shown in FIG. 6, the raceway surfaces facing both raceway surfaces are provided on the inner periphery of the outer member 1. A shaft portion provided on the outer ring 15a of the constant velocity joint 15 is fitted to the inner periphery of the hub wheel 2A, and the inner member 2 and the constant velocity Jonto outer ring 15a are coupled.
The sensor unit (rotation sensor) 6A of the wireless sensor unit 4A for detecting the number of rotations includes a magnetic encoder 17 attached to the inner member 2 and a magnetic sensor attached to the outer member 1 opposite to the magnetic encoder 17. 18. The magnetic encoder 17 is provided on a slinger that is a sealing component attached to the inner member 2. Other configurations in the example of the figure are the same as those of the embodiment shown in FIGS.

なお、図６，図８等に示す車輪用軸受装置３３において、複数のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂを、例えば図８に一点鎖線で示すように、車輪用軸受装置３３の外方部材１に設けても良い。その場合に、一つのワイヤレスセンサユニット４Ａは、例えば回転センサをセンサ部６Ａとするものとし、他の一つのワイヤレスセンサユニット４Ｂは、温度センサまたは振動センサをセンサ部６Ｂとしても良い。   In the wheel bearing device 33 shown in FIGS. 6 and 8, etc., a plurality of wireless sensor units 4A and 4B are provided on the outer member 1 of the wheel bearing device 33 as shown by, for example, a one-dot chain line in FIG. May be. In this case, for example, one wireless sensor unit 4A may use a rotation sensor as the sensor unit 6A, and the other one wireless sensor unit 4B may use a temperature sensor or a vibration sensor as the sensor unit 6B.

図９は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、複数の転がり軸受 ５１，５２を有する機械設備５３において、上記複数の転がり軸受５１，５２の各々に、図３，図４に示す実施形態におけるワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂを設置したものである。機械設備５３は、例えばローラコンベヤまたはベルトコンベヤ等のコンベヤラインであって、搬送ローラまたはベルト駆動ローラ等の軸となる回転軸５９が、上記転がり軸受５１，５２によって回転自在に支持されている。各転がり軸受５１，５２は、内輪５４，外輪５５の間に転動体５６を介在させ、シール５８を設けたものであり、深溝玉軸受等からなる。各転動体５６は保持器５７により保持されている。   FIG. 9 shows still another embodiment of the present invention. In this embodiment, in mechanical equipment 53 having a plurality of rolling bearings 51, 52, the wireless sensor units 4A, 4B in the embodiment shown in FIGS. 3 and 4 are installed in each of the plurality of rolling bearings 51, 52. Is. The machine equipment 53 is a conveyor line such as a roller conveyor or a belt conveyor, for example, and a rotating shaft 59 serving as a shaft of a conveying roller or a belt driving roller is rotatably supported by the rolling bearings 51 and 52. Each of the rolling bearings 51 and 52 has a rolling element 56 interposed between an inner ring 54 and an outer ring 55 and is provided with a seal 58, and includes a deep groove ball bearing or the like. Each rolling element 56 is held by a holder 57.

一つの転がり軸受５１に設置されたワイヤレスセンサユニット４Ａは、回転検出用のものであり、センサ部６Ａが、内軸５４に装着された磁気エンコーダ１７と、この磁気エンコーダ１７に対峙して外輪５５に装着された磁気センサ１８とで構成される。他の転がり軸受５２に設置されたワイヤレスセンサユニット４Ｂは、センサ部６Ｂが、軸受５２における回転の他の検出対象、例えば温度または振動等を検出するセンサとされている。   The wireless sensor unit 4 </ b> A installed on one rolling bearing 51 is for rotation detection, and the sensor unit 6 </ b> A has the magnetic encoder 17 mounted on the inner shaft 54 and the outer ring 55 facing the magnetic encoder 17. And a magnetic sensor 18 mounted on the. The wireless sensor unit 4B installed in the other rolling bearing 52 is a sensor in which the sensor unit 6B detects another detection target of rotation in the bearing 52, such as temperature or vibration.

センサ信号受信機５は、機械設備５３において、両軸受５１，５２に設置された各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂに対してセンサ信号の受信および動作電力の送信が可能な適宜の位置に設置される。この実施形態において、特に説明した事項を除き、図３，図４に示した実施形態と同じ構成である。   The sensor signal receiver 5 is installed in an appropriate position in the mechanical equipment 53 where the sensor signal can be received and the operating power can be transmitted to the wireless sensor units 4A and 4B installed in the bearings 51 and 52. . In this embodiment, the configuration is the same as that of the embodiment shown in FIGS.

この構成の場合、機械設備５３における複数の転がり軸受５１，５２においてワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂにより検出したセンサ信号が、共通のセンサ信号受信機５によって受信でき、また両ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂに共通のセンサ信号受信機５から電力供給することができる。
同図の実施形態は、ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂが２個である場合につき説明したが、機械設備５３における３個以上の転がり軸受にワイヤレスセンサユニットを設置し、共通のセンサ信号受信機５によりセンサ信号の受信、およびワイヤレス給電を行うようにしても良い。 In the case of this configuration, the sensor signals detected by the wireless sensor units 4A and 4B in the plurality of rolling bearings 51 and 52 in the mechanical equipment 53 can be received by the common sensor signal receiver 5, and the both wireless sensor units 4A and 4B can receive the sensor signals. Power can be supplied from a common sensor signal receiver 5.
In the embodiment shown in the figure, the case where there are two wireless sensor units 4A and 4B has been described. However, the wireless sensor unit is installed in three or more rolling bearings in the mechanical equipment 53, and the common sensor signal receiver 5 is used. Sensor signal reception and wireless power feeding may be performed.

図１０は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態に係るワイヤレスセンサシステムは、ワイヤレスセンサユニット４を一つし、このワイヤレスセンサユニット４に複数のセンサ部６Ｃ〜６Ｅを設けたものである。ワイヤレスセンサユニット４は、上記複数のセンサ部６Ｃ〜６Ｅと、センサ信号送信部９と、電力受信部８とを有する。センサ信号送信部９は、上記複数のセンサ部６Ｃ〜６Ｅのセンサ信号を送信するものとしてある。複数のセンサ部６Ｃ〜６Ｅの出力は、信号まとめ手段６０により、センサ信号送信部９により送信可能なように処理される。信号まとめ手段６０は、各センサ部６Ｃ〜６Ｅのセンサ信号が、受信側で区別して受信できるように信号を処理するものであれば良く、例えば、各センサ部６Ｃ〜６Ｅのセンサ信号を時分割してセンサ信号送信部９に送信させるものとされる。信号まとめ手段６０は各センサ部６Ｃ〜６Ｅのセンサ信号を重畳するものであっても良い。電力受信部８は、受信した電力を、各センサ部６Ｃ〜６Ｅ、センサ信号送信部９、および信号まとめ手段６０に給電する。センサ信号送信部９、電力受信部８、および信号まとめ手段６０により、送受信ユニット７が構成される。なお、信号まとめ手段６０は、センサ信号送信部９の一部として設けられたものであっても、またセンサ信号送信部９とは別に設けられたものであっても良い。   FIG. 10 shows still another embodiment of the present invention. The wireless sensor system according to this embodiment includes one wireless sensor unit 4 and a plurality of sensor units 6C to 6E provided on the wireless sensor unit 4. The wireless sensor unit 4 includes the plurality of sensor units 6 </ b> C to 6 </ b> E, a sensor signal transmission unit 9, and a power reception unit 8. The sensor signal transmission unit 9 is configured to transmit the sensor signals of the plurality of sensor units 6C to 6E. Outputs of the plurality of sensor units 6C to 6E are processed by the signal summarizing unit 60 so as to be transmitted by the sensor signal transmitting unit 9. The signal summarizing unit 60 only needs to process the signals so that the sensor signals of the sensor units 6C to 6E can be received separately on the receiving side. For example, the sensor signals of the sensor units 6C to 6E are time-divisionally divided. Thus, the sensor signal transmission unit 9 transmits the signal. The signal summarizing unit 60 may superimpose the sensor signals of the sensor units 6C to 6E. The power receiving unit 8 feeds the received power to the sensor units 6C to 6E, the sensor signal transmission unit 9, and the signal summarizing unit 60. The sensor signal transmission unit 9, the power reception unit 8, and the signal summarizing unit 60 constitute a transmission / reception unit 7. The signal summarizing means 60 may be provided as a part of the sensor signal transmission unit 9 or may be provided separately from the sensor signal transmission unit 9.

センサ信号受信機５は、ワイヤレスセンサユニット４のセンサ信号送信部７から送信されるセンサ信号を受信するセンサ信号受信部１３と、ワイヤレスセンサユニット４の電力受信部８へ電力をワイヤレスで供給する給電電力送信部１２とを有する。センサ信号受信部１３は、ワイヤレスセンサユニット４のセンサ信号送信部９より送信される各センサ部６Ｃ〜６Ｅのセンサ信号を、信号まとめ手段６０の処理形態に対応して、区別して受信可能なものとされる。センサ信号送信部９とセンサ信号受信部１３との間、および給電電力送信部１２と電力受信部８との間の信号または電力の送受は、ワイヤレスで行えるものであれば良く、例えば電磁波が用いられる。   The sensor signal receiver 5 wirelessly supplies power to the sensor signal receiver 13 that receives the sensor signal transmitted from the sensor signal transmitter 7 of the wireless sensor unit 4 and the power receiver 8 of the wireless sensor unit 4. And a power transmission unit 12. The sensor signal receiving unit 13 can receive the sensor signals of the respective sensor units 6C to 6E transmitted from the sensor signal transmitting unit 9 of the wireless sensor unit 4 in accordance with the processing mode of the signal summarizing means 60. It is said. The signal or power transmission / reception between the sensor signal transmission unit 9 and the sensor signal reception unit 13 and between the feeding power transmission unit 12 and the power reception unit 8 may be performed wirelessly. For example, electromagnetic waves are used. It is done.

各センサ部６Ｃ〜６Ｅは、同じ種類の検出対象（例えばいずれも温度）を検出するものであっても、それぞれ異なる検出対象を検出するもの、例えばそれぞれ回転、温度、振動を検出するものであっても良い。
なお、図３の例のように複数設けられるワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂのうちの一つを、図１０の例のように複数のセンサ部６Ｃ〜６Ｅが設けられたものとしても良い。その場合も、信号まとめ手段６０を設けることが好ましい。 Each of the sensor units 6C to 6E detects the same type of detection target (for example, all temperatures), but detects different detection targets, for example, rotation, temperature, and vibration, respectively. May be.
Note that one of the plurality of wireless sensor units 4A and 4B provided as in the example of FIG. 3 may be provided with a plurality of sensor units 6C to 6E as in the example of FIG. Also in that case, it is preferable to provide the signal summarizing means 60.

図１１は、図１０の実施形態におけるワイヤレスセンサシステムを適用した車輪用軸受装置の概念構成を示す。この例では、複数のセンサ部６Ｃ〜６Ｅは、それぞれ回転センサ、温度センサ、および振動センサとされている。ワイヤレスセンサユニット４の送信ユニット７、並びに温度センサおよび振動センサとなるセンサ部６Ｄ，６Ｅは、車輪用軸受装置の外方部材となる外方部材１にそれぞれ設置されている。回転センサとなるセンサ部６Ｃは、内方部材２と外方部材１との間の回転検出が可能なように、外方部材１に設置されている。センサ信号受信機５はタイヤハウス（同図には図示せず）内、または車体の何処かに設置されている。
この構成の場合、車輪用軸受装置３３に一つのワイヤレスセンサユニット４を設置するだけで、車輪回転数、温度、および振動の検出が行える。しかも、ワイヤレスセンサユニット４にワイヤレス給電でき、このためタイヤハウスと車輪用軸受間のハーネスを無くすことができて、飛び石によるハーネスの断線による故障が回避でき、また軽量化が図れる。また、複数のセンサ部６Ｃ〜６Ｄを有することにより、軸受のインテリジェント化を図ることができ、自動車制御の高度化を図ることができる。さらに、温度等の軸受情報から、軸受の故障診断を行うことができる。 FIG. 11 shows a conceptual configuration of a wheel bearing device to which the wireless sensor system in the embodiment of FIG. 10 is applied. In this example, the plurality of sensor units 6C to 6E are a rotation sensor, a temperature sensor, and a vibration sensor, respectively. The transmission unit 7 of the wireless sensor unit 4 and the sensor units 6D and 6E which are temperature sensors and vibration sensors are respectively installed on the outer member 1 which is an outer member of the wheel bearing device. The sensor unit 6 </ b> C serving as a rotation sensor is installed on the outer member 1 so that rotation between the inner member 2 and the outer member 1 can be detected. The sensor signal receiver 5 is installed in a tire house (not shown in the figure) or somewhere in the vehicle body.
In the case of this configuration, the number of wheel rotations, temperature, and vibration can be detected simply by installing one wireless sensor unit 4 in the wheel bearing device 33. In addition, wireless power can be supplied to the wireless sensor unit 4, so that the harness between the tire house and the wheel bearing can be eliminated, and a failure due to disconnection of the harness due to a stepping stone can be avoided and the weight can be reduced. Further, by having a plurality of sensor units 6C to 6D, it is possible to make the bearings intelligent and to enhance the vehicle control. Furthermore, a bearing failure diagnosis can be performed from bearing information such as temperature.

図１２は、図１１に示した車輪用軸受装置の具体的構造例を示す。同図の車輪用軸受装置３３は第４世代型のものであり、内方部材２は、ハブ輪２Ａと等速ジョイント１５の外輪１５Ａとで構成され、これらハブ輪２Ａおよび等速ジョイント外輪１５Ａに、内方部材２側の各列の軌道面が形成されている。
この車輪用軸受装置３３の外方部材１に、一つのワイヤレスセンサユニット４が設置されている。ワイヤレスセンサユニット４におけるセンサ部６Ｃ〜６Ｅは、車輪用軸受装置３３における外部から遮断された密閉空間内にあり、電力受信部８およびセンサ信号送信部９は、軸受の外部に設置されている。具体的には、ワイヤレスセンサユニット４は、回路ボックス８１とセンサ設置部８２とが一体化されて一体化ユニットを構成しており、回路ボックス８１は外方部材１の外面に設置されている。センサ設置部８２は、外方部材１に設けられた径方向の孔を通って軸受空間内に臨んでいる。回路ボックス８１に上記の電力受信部８およびセンサ信号送信部９が設置され、センサ設置部８２に、センサ部６Ｃ〜６Ｅが設けられている。センサ部６Ｃは回転センサを構成する磁気センサ１８と、この磁気センサ１８に対向する磁気エンコーダ１７とでなり、そのうちの磁気センサ１８がセンサ設置部８２に設けられている。磁気エンコーダ１７は、内方部材２の外周に設けられている。この車輪用軸受装置３３は、外方部材１と内方部材２との間の軸受空間を密閉するシール８３，８４が両端に設けられている。センサ部６Ｃ〜６Ｅは、この密閉空間内に位置し、また両列の転動体３の列間に位置する。 FIG. 12 shows a specific structural example of the wheel bearing device shown in FIG. The wheel bearing device 33 in the figure is of a fourth generation type, and the inner member 2 is composed of a hub wheel 2A and an outer ring 15A of a constant velocity joint 15, and these hub wheel 2A and constant velocity joint outer ring 15A. Further, the raceway surface of each row on the inner member 2 side is formed.
One wireless sensor unit 4 is installed on the outer member 1 of the wheel bearing device 33. The sensor units 6C to 6E in the wireless sensor unit 4 are in a sealed space blocked from the outside in the wheel bearing device 33, and the power receiving unit 8 and the sensor signal transmitting unit 9 are installed outside the bearing. Specifically, in the wireless sensor unit 4, the circuit box 81 and the sensor installation unit 82 are integrated to form an integrated unit, and the circuit box 81 is installed on the outer surface of the outer member 1. The sensor installation portion 82 faces the bearing space through a radial hole provided in the outer member 1. The power receiving unit 8 and the sensor signal transmitting unit 9 are installed in the circuit box 81, and the sensor units 6C to 6E are provided in the sensor installation unit 82. The sensor unit 6 </ b> C includes a magnetic sensor 18 that constitutes a rotation sensor and a magnetic encoder 17 that faces the magnetic sensor 18, and the magnetic sensor 18 is provided in the sensor installation unit 82. The magnetic encoder 17 is provided on the outer periphery of the inner member 2. The wheel bearing device 33 is provided with seals 83 and 84 at both ends for sealing the bearing space between the outer member 1 and the inner member 2. The sensor parts 6C-6E are located in this sealed space, and are located between the rows of the rolling elements 3 in both rows.

このように、センサ部６Ｃ〜６Ｅが軸受における外部から遮断された密閉空間内にあると、外部の塵埃、異物、水等から守られるので、センサ部６Ｃ〜６Ｅの信頼性と耐久性が向上する。特に、車輪用軸受装置３３の場合は、路面における異物や塩泥水を被り易い環境下にあるため、密閉空間内に設けられることによる信頼性，耐久性の向上効果がより効果的となる。電力受信部８およびセンサ信号送信部９は、軸受の外部にある方が、ワイヤレスによる送受の面で好ましい。
なお、図１２は第４世代型の車輪用軸受装置３３に適用した場合につき説明したが、第３世代型など、他の世代型の軸受装置において、上記と同様にセンサ部６Ｃ〜６Ｅを軸受内の外部から遮断された密閉空間に設置し、電力受信部８およびセンサ信号送信部９を軸受外部に設置しても良い。また、ワイヤレスセンサユニット４は、センサ部を一つのみ有するものであっても良く、また複数のセンサ部を有していて、一部のセンサ部が軸受外に配置されるものであっても良い。例えば、同図の車輪用軸受装置３３に設置するワイヤレスセンサユニット４は、図３の実施形態におけるいずれか一つのワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂであって良い。 As described above, when the sensor portions 6C to 6E are in a sealed space that is blocked from the outside of the bearing, they are protected from external dust, foreign matter, water, and the like, so that the reliability and durability of the sensor portions 6C to 6E are improved. To do. Particularly, in the case of the wheel bearing device 33, since it is in an environment where it is easy to suffer from foreign matters and salt mud water on the road surface, the effect of improving the reliability and durability due to being provided in the sealed space becomes more effective. The power receiving unit 8 and the sensor signal transmitting unit 9 are preferably outside the bearing in terms of wireless transmission / reception.
Note that FIG. 12 has been described with respect to the case where it is applied to the fourth generation type wheel bearing device 33. However, in other generation type bearing devices such as the third generation type, the sensor units 6C to 6E are used as bearings in the same manner as described above. The power receiving unit 8 and the sensor signal transmitting unit 9 may be installed outside the bearing by being installed in a sealed space cut off from the outside. Further, the wireless sensor unit 4 may have only one sensor part, or may have a plurality of sensor parts, and some of the sensor parts may be arranged outside the bearing. good. For example, the wireless sensor unit 4 installed in the wheel bearing device 33 in the figure may be any one of the wireless sensor units 4A and 4B in the embodiment of FIG.

なお、上記各実施形態では、いずれもセンサ信号受信機５を一つとしたが、センサ信号受信機５を複数設けても良い。センサ信号受信機５を複数設ける場合に、各センサ信号受信機５は、同じワイヤレスセンサユニットのセンサ信号送信部のセンサ信号を受信するものとしても良く、また異なる複数のワイヤレスセンサユニットのセンサ信号送信部のセンサ信号を受信するものとしても良い。また、センサ信号受信部と、給電電力送信部とは、必ずしも同じセンサ信号受信機５に設けられたものでなくても良く、両者を離して設置しても良い。また、センサ信号の受信をそれぞれ別個のセンサ信号受信機で行い、複数のワイヤレスセンサユニットに対して同じ給電電力送信部１２でワイヤレス給電を行うようにしても良い。   In each of the above embodiments, one sensor signal receiver 5 is used, but a plurality of sensor signal receivers 5 may be provided. When a plurality of sensor signal receivers 5 are provided, each sensor signal receiver 5 may receive a sensor signal from a sensor signal transmission unit of the same wireless sensor unit, or transmit sensor signals of a plurality of different wireless sensor units. It is good also as what receives the sensor signal of a part. In addition, the sensor signal receiving unit and the feed power transmitting unit do not necessarily have to be provided in the same sensor signal receiver 5, and may be installed apart from each other. Alternatively, sensor signals may be received by separate sensor signal receivers, and wireless power feeding may be performed by the same power feeding power transmission unit 12 for a plurality of wireless sensor units.

この発明は、車輪用軸受装置の他、各種産業機械、工作機械、運搬機械等において、各部の軸受や、その他の部位の検出対象のワイヤレス検出に適用することができる。   The present invention can be applied to wireless detection of bearings in various parts and detection targets of other parts in various industrial machines, machine tools, transport machines, etc. in addition to wheel bearing devices.

この発明の第１の実施形態にかかるワイヤレスセンサシステムの概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a wireless sensor system according to a first embodiment of the present invention. 同システムの回路構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structural example of the same system. この発明の他の実施形態にかかるワイヤレスセンサシステムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the wireless sensor system concerning other embodiment of this invention. 同システムの回路構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structural example of the same system. この発明のさらに他の実施形態にかかるワイヤレスセンサシステムにおけるセンサ信号受信機の概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows schematic structure of the sensor signal receiver in the wireless sensor system concerning further another embodiment of this invention. これらの実施形態にかかるワイヤレスセンサシステムを備えた車輪用軸受装置の断面図である。It is sectional drawing of the wheel bearing apparatus provided with the wireless sensor system concerning these embodiments. 同ワイヤレスセンサシステムのタイヤ空気圧用ワイヤレスセンサユニットが装着された車輪の一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of wheel with which the wireless sensor unit for tire pressures of the wireless sensor system was mounted | worn. 上記実施形態にかかるワイヤレスセンサシステムを備えた車輪用軸受装置の他の例の断面図である。It is sectional drawing of the other example of the wheel bearing apparatus provided with the wireless sensor system concerning the said embodiment. 同実施形態にかかるワイヤレスセンサシステムを備えた他の機械設備の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of the other mechanical installation provided with the wireless sensor system concerning the embodiment. この発明のさらに他の実施形態にかかるワイヤレスセンサシステムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the wireless sensor system concerning further another embodiment of this invention. 同ワイヤレスセンサシステムを適用した車輪用軸受装置の概念構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the conceptual structure of the wheel bearing apparatus to which the same wireless sensor system is applied. 同車輪用軸受装置の具体例の断面図である。It is sectional drawing of the specific example of the bearing apparatus for wheels.

符号の説明Explanation of symbols

１…外方部材
２…内方部材
４，４Ａ，４Ｂ…ワイヤレスセンサユニット
５，５Ａ…センサ信号受信機
６Ａ，６Ｂ…センサ部
８，８Ａ，８Ｂ…電力受信部
９，９Ａ，９Ｂ…センサ信号送信部
１０Ａ，１０Ｂ…同調回路
１１Ａ，１１Ｂ…検波整流回路
１２…給電電力送信部
１３，１３Ａ…センサ信号受信部
３７Ａ，３７Ｂ…同調回路
４１…切替え検波部
４２…検波部
４３…切替部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Outer member 2 ... Inner member 4, 4A, 4B ... Wireless sensor unit 5, 5A ... Sensor signal receiver 6A, 6B ... Sensor part 8, 8A, 8B ... Electric power receiving part 9, 9A, 9B ... Sensor signal Transmitters 10A, 10B ... tuned circuits 11A, 11B ... detection rectifier circuit 12 ... feed power transmitters 13,13A ... sensor signal receivers 37A, 37B ... tuned circuit 41 ... switching detector 42 ... detector 43 ... switching unit

Claims (4)

検出対象を検出するセンサ部と、このセンサ部が出力するセンサ信号を電磁波で送信するセンサ信号送信部と、上記センサ部およびセンサ信号送信部を駆動する動作電力を電磁波で受信する電力受信部とをそれぞれ有する１つまたは複数のワイヤレスセンサユニットと、上記センサ信号送信部から送信されたセンサ信号を受信するセンサ信号受信部と、上記電力受信部へ動作電力を送信する給電電力送信部とを備えたワイヤレスセンサシステムにおいて、上記センサ信号送信部とセンサ信号受信部との間で送受するセンサ信号の電磁波がＭＨｚ単位の周波数帯であり、上記給電電力送信部と電力受信部との間で送受する電力給電用の電磁波がＧＨｚ単位以上の周波数帯であることを特徴とするワイヤレスセンサシステム。   A sensor unit that detects a detection target, a sensor signal transmission unit that transmits a sensor signal output from the sensor unit by an electromagnetic wave, and a power reception unit that receives operating power for driving the sensor unit and the sensor signal transmission unit by an electromagnetic wave. One or a plurality of wireless sensor units, a sensor signal receiving unit that receives a sensor signal transmitted from the sensor signal transmitting unit, and a feed power transmitting unit that transmits operating power to the power receiving unit. In the wireless sensor system, the electromagnetic wave of the sensor signal transmitted and received between the sensor signal transmission unit and the sensor signal reception unit is in a frequency band in MHz unit, and is transmitted and received between the power supply power transmission unit and the power reception unit. A wireless sensor system, wherein an electromagnetic wave for power supply is in a frequency band of GHz or more. 請求項１において、センサ信号の電磁波は周波数変調により信号成分を乗せたものとするワイヤレスセンサシステム。   The wireless sensor system according to claim 1, wherein the electromagnetic wave of the sensor signal includes a signal component by frequency modulation. 検出対象を検出するセンサ部と、このセンサ部が出力するセンサ信号を電磁波で送信するセンサ信号送信部と、上記センサ部およびセンサ信号送信部を駆動する動作電力を電磁波で受信する電力受信部とを軸受に設けたワイヤレスセンサ付軸受装置であって、上記センサ信号送信部が送信するセンサ信号の電磁波がＭＨｚ単位の周波数帯であり、上記電力受信部で受信する給電用の電磁波がＧＨｚ単位の周波数帯であることを特徴とするワイヤレスセンサ付軸受装置。   A sensor unit that detects a detection target, a sensor signal transmission unit that transmits a sensor signal output from the sensor unit by an electromagnetic wave, and a power reception unit that receives operating power for driving the sensor unit and the sensor signal transmission unit by an electromagnetic wave. In the bearing device with a wireless sensor, wherein the electromagnetic wave of the sensor signal transmitted by the sensor signal transmitting unit is in a frequency band in MHz unit, and the electromagnetic wave for power supply received by the power receiving unit is in GHz unit. A bearing device with a wireless sensor characterized by being in a frequency band. 請求項３において、上記軸受装置が、複列の軌道面を有する外方部材と、上記軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、対向する両列の軌道面間に介在した複数の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置であるワイヤレスセンサ付軸受装置。
The bearing device according to claim 3, wherein the bearing device includes a plurality of outer members having a double-row raceway surface, an inner member having a raceway surface opposed to the raceway surface, and a plurality of raceway surfaces interposed between the opposite raceway surfaces. A bearing device with a wireless sensor, which is a wheel bearing device including a rolling element and rotatably supporting a wheel with respect to the vehicle body.

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