JP7155583B2

JP7155583B2 - Generating units with sensors and bearings with sensors

Info

Publication number: JP7155583B2
Application number: JP2018069626A
Authority: JP
Inventors: 英樹小林; 知之柳沢; 俊彦岡村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2022-10-19
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: JP2019180183A

Description

本発明は、センサ付き発電ユニットおよびセンサ付き軸受に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sensor-equipped power generation unit and a sensor-equipped bearing.

特許文献１及び特許文献２には、軸受周囲の各種物理量をセンサにより検出し、検出情報を受信側装置へ無線送信するセンサ付きの軸受が記載されている。 Patent Literature 1 and Patent Literature 2 describe a bearing equipped with a sensor that detects various physical quantities around the bearing with a sensor and wirelessly transmits the detected information to a receiving device.

特開２００３－３０７４３５号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-307435 特開２０１６－１３０５７７号公報JP 2016-130577 A

センサ付き軸受では、発電部で発電された電力がセンサや通信回路に供給される。センサ付き軸受の組立の容易化が望まれている。 In the sensor-equipped bearing, electric power generated by the power generation unit is supplied to the sensor and communication circuit. There is a demand for easier assembly of sensor-equipped bearings.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、容易に組立可能なセンサ付き発電ユニットおよびセンサ付き軸受を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a sensor-equipped power generation unit and a sensor-equipped bearing that can be easily assembled.

一態様に係るセンサ付き発電ユニットは、第１部品と、前記第１部品に対して回転軸を中心に相対的に回転する第２部品と、前記第１部品と前記第２部品との相対的な回転に基づいて発電する発電部と、前記発電部が発電する電力によって充電される、充放電可能な蓄電部と、前記蓄電部に蓄電された電力が供給されるセンサと、を備え、前記発電部は、前記回転軸を中心とする円の円周方向にＮ極とＳ極とが並ぶ磁気トラックと、前記磁気トラックと対向する位置に配置されるコイル基板と、を有し、前記コイル基板は、基板と、前記基板に設けられた平面コイルを有する。 A sensor-equipped power generation unit according to one aspect includes a first component, a second component that rotates about a rotation axis relative to the first component, and a relative rotation between the first component and the second component. a power generation unit that generates power based on rotation, a chargeable and dischargeable power storage unit that is charged with the power generated by the power generation unit, and a sensor that is supplied with the power stored in the power storage unit; The power generation unit has a magnetic track in which N poles and S poles are arranged in a circumferential direction of a circle centered on the rotation axis, and a coil substrate arranged at a position facing the magnetic track, and the coil The substrate has a substrate and a planar coil provided on the substrate.

これによれば、センサ付き発電ユニットを間座のように軸受に取り付けることによって、センサ付き軸受を構成することができる。例えば、センサ付き発電ユニットの第１部品を軸受の外輪に押圧して固定し、第２部品を軸受の内輪に押圧して固定することによって、センサ付き軸受を構成することができる。また、センサ付き発電ユニットを軸受に取り付ける前、または、取り外した後は、コイル基板と磁気トラックは、磁力で引き付け合って一体化することができる。コイル基板と磁気トラックとがばらばらにならないので、センサ付き発電ユニットの取扱いが容易である。 According to this, the sensor-equipped bearing can be configured by attaching the sensor-equipped power generation unit to the bearing like a spacer. For example, the sensor-equipped bearing can be configured by pressing and fixing the first component of the sensor-equipped power generating unit to the outer ring of the bearing and pressing and securing the second component to the inner ring of the bearing. In addition, the coil substrate and the magnetic track can be magnetically attracted to each other and integrated before or after the sensor-equipped power generating unit is attached to the bearing. Since the coil substrate and the magnetic track are not separated, the sensor-equipped generator unit is easy to handle.

望ましい態様として、前記コイル基板は、前記平面コイルとして、前記基板の厚さ方向に積層された複数の平面コイルを有する。これによれば、平面コイルの積層数を変化させ発電量を調整することが可能である。 As a desirable aspect, the coil substrate has a plurality of planar coils stacked in the thickness direction of the substrate as the planar coils. According to this, it is possible to adjust the power generation amount by changing the number of layers of the planar coil.

望ましい態様として、前記平面コイルは、第１方向に延びる複数の第１導電部と、前記第１方向と平面視で交差する第２方向に延びる複数の第２導電部と、を有し、前記第１導電部と前記第２導電部は交互に直列に接続されている。これによれば、平面コイルが第１導電部のみを有する場合と比べて、平面コイルの長さを長くすることができる。 Preferably, the planar coil has a plurality of first conductive portions extending in a first direction and a plurality of second conductive portions extending in a second direction crossing the first direction in plan view, and The first conductive parts and the second conductive parts are alternately connected in series. According to this, the length of the planar coil can be increased as compared with the case where the planar coil has only the first conductive portion.

望ましい態様として、前記第１方向は、前記回転軸を中心とする円の円周方向であり、前記第２方向は、前記回転軸を中心とする円の径方向である。これによれば、平面コイルの長さを長くすることができる。 Preferably, the first direction is the circumferential direction of a circle centered on the rotation axis, and the second direction is the radial direction of the circle centered on the rotation axis. According to this, the length of the planar coil can be increased.

望ましい態様として、前記コイル基板は、前記基板に設けられた複数のヨーク、をさらに有し、前記ヨークは、平面視で、前記第１導電部の一方の側に位置する第１ヨークと、前記第１導電部の他方の側に位置する第２ヨークと、を含み、前記回転軸を中心とする円の円周方向において、前記第１ヨークと前記第２ヨークは交互に配置されている。これによれば、第１ヨークを通る磁束密度の変化の位相と、第２ヨークを通る磁束密度の変化の位相とが１８０°ずれている場合、第１ヨークを通る磁束密度の変化によって第１導電部に生じる誘導電流と、第２ヨークを通る磁束密度の変化によって第１導電部に生じる誘導電流とを、同じ方向に流すことが可能である。 As a desirable aspect, the coil substrate further includes a plurality of yokes provided on the substrate, and the yokes include a first yoke positioned on one side of the first conductive portion in a plan view, and a second yoke positioned on the other side of the first conductive portion, wherein the first yoke and the second yoke are alternately arranged in the circumferential direction of a circle centered on the rotation axis. According to this, when the phase of the change in the magnetic flux density passing through the first yoke is 180° out of phase with the phase of the change in the magnetic flux density passing through the second yoke, the change in the magnetic flux density passing through the first yoke causes the first The induced current generated in the conductive portion and the induced current generated in the first conductive portion due to the change in the magnetic flux density passing through the second yoke can flow in the same direction.

望ましい態様として、前記第１ヨークと前記第２ヨークとの間に前記第２導電部が配置されている。これによれば、第１ヨークを通る磁束密度の変化の位相と、第２ヨークを通る磁束密度の変化の位相とが１８０°ずれている場合、第１ヨークを通る磁束密度の変化によって第２導電部に生じる誘導電流と、第２ヨークを通る磁束密度の変化によって第２導電部に生じる誘導電流とを、同じ方向に流すことが可能である。 As a desirable aspect, the second conductive portion is arranged between the first yoke and the second yoke. According to this, when the phase of the change in the magnetic flux density passing through the first yoke and the phase of the change in the magnetic flux density passing through the second yoke are out of phase by 180°, the change in the magnetic flux density passing through the first yoke causes the second The induced current generated in the conductive portion and the induced current generated in the second conductive portion due to the change in the magnetic flux density passing through the second yoke can flow in the same direction.

望ましい態様として、前記回転軸を中心とする円の円周方向において、隣り合う前記ヨークの中心間の距離は、隣り合う前記Ｎ極及び前記Ｓ極の中心間の距離と同じ長さである。これによれば、第１ヨークを通る磁束密度の変化の位相と、第２ヨークを通る磁束密度の変化の位相とを、１８０°ずらすことが可能である。 Preferably, in the circumferential direction of a circle centered on the rotation axis, the distance between centers of adjacent yokes is the same length as the distance between centers of adjacent N poles and S poles. According to this, it is possible to shift the phase of the change in the magnetic flux density passing through the first yoke and the phase of the change in the magnetic flux density passing through the second yoke by 180°.

望ましい態様として、前記蓄電部に蓄電された電力と、前記センサで検出される物理量又は化学量に関する検出データとが供給される制御部、をさらに備え、前記制御部は、前記検出データを記憶する記憶回路と、前記記憶回路に記憶される前記検出データを外部に送信する通信回路と、を有する。これによれば、センサ付き発電ユニットは、周囲の各種物理量または化学量をセンサにより検出し、検出データを記憶するとともに、受信側の装置へ送信することができる。 In a preferred embodiment, the electric power stored in the power storage unit and detection data relating to the physical quantity or chemical quantity detected by the sensor are supplied to the control unit, and the control unit stores the detection data. It has a memory circuit and a communication circuit for transmitting the detection data stored in the memory circuit to the outside. According to this, the sensor-equipped power generation unit can detect various physical or chemical quantities in the surroundings with the sensor, store the detected data, and transmit the detected data to the device on the receiving side.

本発明の一態様に係るセンサ付き軸受は、上記のセンサ付き発電ユニットと、前記センサ付き発電ユニットが取り付けられる軸受と、を備える。これによれば、容易に組立可能なセンサ付き軸受を構成することができる。 A sensor-equipped bearing according to an aspect of the present invention includes the sensor-equipped power generation unit described above and a bearing to which the sensor-equipped power generation unit is attached. According to this, it is possible to construct a sensor-equipped bearing that can be easily assembled.

望ましい態様として、前記センサ付き発電ユニットと前記軸受とを収容する筐体と、前記第１部品を前記軸受の外輪に押圧して固定する第１固定部品と、前記第２部品を前記軸受の内輪に押圧して固定する第２固定部品と、を備える。これによれば、センサ付き発電ユニットの第１部品を軸受の外輪に押圧して固定し、第２部品を軸受の内輪に押圧して固定することによって、センサ付き軸受を構成することができる。 As a desirable mode, a housing that houses the power generation unit with the sensor and the bearing, a first fixing part that presses and fixes the first part to the outer ring of the bearing, and the second part that is the inner ring of the bearing. and a second fixing component that is pressed against and fixed. According to this, the sensor-equipped bearing can be configured by pressing and fixing the first component of the sensor-equipped power generating unit to the outer ring of the bearing and pressing and securing the second component to the inner ring of the bearing.

本発明によれば、容易に組立可能なセンサ付き発電ユニットおよびセンサ付き軸受を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a sensor-equipped power generation unit and a sensor-equipped bearing that can be easily assembled.

図１は、本実施形態のセンサ付き軸受の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a sensor-equipped bearing according to this embodiment. 図２は、本実施形態のセンサ付き軸受の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the sensor-equipped bearing of this embodiment. 図３は、本実施形態のセンサ付き軸受の分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the sensor-equipped bearing of this embodiment. 図４は、本実施形態のカバーとコイル基板の構成例を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a configuration example of the cover and the coil substrate of this embodiment. 図５は、本実施形態の磁気トラックの構成例を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a configuration example of the magnetic track of this embodiment. 図６は、本実施形態の発電部の構成例を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing a configuration example of the power generation unit of this embodiment. 図７は、本実施形態のセンサ付き発電ユニットにおける起電力の電圧と時間との関係を説明するための説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the voltage of the electromotive force and time in the sensor-equipped power generation unit of the present embodiment. 図８は、図６に示した平面図をＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ’線で切断した断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII' of the plan view shown in FIG. 図９は、本実施形態のセンサ付き軸受の構成例を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration example of the sensor-equipped bearing of this embodiment. 図１０は、図９の一部ｒｅ１を拡大して示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing an enlarged part re1 of FIG. 図１１は、本実施形態のセンサ付き軸受の基板に搭載されている回路の構成例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a circuit mounted on the substrate of the sensor-equipped bearing according to this embodiment. 図１２は、センサ付き軸受の組立方法を工程順に示す断面図である。12A to 12C are cross-sectional views showing a method of assembling the sensor-equipped bearing in order of steps. 図１３は、センサ付き軸受の組立方法を工程順に示す断面図である。13A to 13C are cross-sectional views showing a method of assembling the sensor-equipped bearing in order of steps. 図１４は、センサ付き軸受の組立方法を工程順に示す断面図である。14A to 14C are cross-sectional views showing a method for assembling the sensor-equipped bearing in order of steps. 図１５は、センサ付き軸受の組立方法を工程順に示す断面図である。15A and 15B are cross-sectional views showing a method of assembling the sensor-equipped bearing in order of steps.

発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。 Modes (embodiments) for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the contents described in the following embodiments. In addition, the components described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the components described below can be combined as appropriate.

図１は、本実施形態のセンサ付き軸受の斜視図である。図２及び図３は、本実施形態のセンサ付き軸受の分解斜視図である。図２はセンサ付き軸受１をカバー１０側から見た図であり、図３はセンサ付き軸受１を軸受１２０側から見た図である。図１から図３に示すように、センサ付き軸受１は、センサ付き発電ユニット１００と、軸受１２０とを備える。軸受１２０の一方の側面に、センサ付き発電ユニット１００が取り付けられる。図２及び図３に示すように、センサ付き発電ユニット１００は、カバー１０と、コイル基板２０と、回転部３０と、回路基板４０と、バックカバー６０と、を備える。 FIG. 1 is a perspective view of a sensor-equipped bearing according to this embodiment. 2 and 3 are exploded perspective views of the sensor-equipped bearing of this embodiment. 2 is a view of the bearing 1 with sensor as seen from the cover 10 side, and FIG. 3 is a view of the bearing 1 with sensor as seen from the bearing 120 side. As shown in FIGS. 1 to 3 , the sensor-equipped bearing 1 includes a sensor-equipped power generation unit 100 and a bearing 120 . The sensor-equipped power generation unit 100 is attached to one side surface of the bearing 120 . As shown in FIGS. 2 and 3 , the sensor-equipped power generation unit 100 includes a cover 10 , a coil substrate 20 , a rotating portion 30 , a circuit substrate 40 and a back cover 60 .

カバー１０は、リング状の天板１２と、天板１２の周囲に接続された筒状の側板１１とを有する。カバー１０は、ケイ素鋼板、炭素鋼（ＪＩＳ規格ＳＳ４００又はＳ４５Ｃ）、マルテンサイト系ステンレス（ＪＩＳ規格ＳＵＳ４２０）又はフェライト系ステンレス（ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０）のいずれかのような磁性を有する材料で形成される。 The cover 10 has a ring-shaped top plate 12 and a cylindrical side plate 11 connected around the top plate 12 . The cover 10 is made of a magnetic material such as silicon steel plate, carbon steel (JIS SS400 or S45C), martensitic stainless (JIS SUS420) or ferritic stainless (JIS SUS430).

図３に示すように、回路基板４０は、天板１２の一方の面１２Ａに取り付けられている。一方の面１２Ａは、軸受１２０と対向する側の面である。回路基板４０は、電源基板４１と、センサ基板４２とを有する。例えば、図１及び図２に示すように、天板１２に開けられた雌ねじ穴に、黄銅など非磁性材料のボルト１９Ｂが締結することで、電源基板４１とセンサ基板４２とが天板１２に固定される。図１及び図２に示すように、ボルト１９Ｂは、カバー１０に取り付けられた状態で、カバー１０から突出しない長さを有する。 As shown in FIG. 3, the circuit board 40 is attached to one surface 12A of the top plate 12. As shown in FIG. One surface 12A is the surface facing the bearing 120 . The circuit board 40 has a power supply board 41 and a sensor board 42 . For example, as shown in FIGS. 1 and 2, bolts 19B made of a non-magnetic material such as brass are fastened to female screw holes drilled in the top plate 12, so that the power supply substrate 41 and the sensor substrate 42 are attached to the top plate 12. Fixed. As shown in FIGS. 1 and 2, the bolt 19B has a length that does not protrude from the cover 10 when attached to the cover 10. As shown in FIG.

また、カバー１０には、貫通孔が開けられている。この貫通孔は、樹脂などの非磁性材料で形成された非磁性蓋１７で密閉されている。後述するように、センサ基板４２には、アンテナ４７（後述の図４参照）が実装される。カバー１０は磁性を有するので、アンテナ４７からの電磁波をシールドする作用を有する。しかし、アンテナ４７は非磁性蓋１７と対向する位置に配置される。このため、アンテナ４７の電磁波ＷＶは、非磁性蓋１７を介して、通信部１５１へ到達することができる。 Further, the cover 10 has a through hole. This through hole is sealed with a non-magnetic lid 17 made of a non-magnetic material such as resin. As will be described later, an antenna 47 (see FIG. 4 described later) is mounted on the sensor substrate 42 . Since the cover 10 has magnetism, it has a function of shielding electromagnetic waves from the antenna 47 . However, the antenna 47 is arranged at a position facing the non-magnetic lid 17 . Therefore, the electromagnetic wave WV of the antenna 47 can reach the communication section 151 through the non-magnetic lid 17 .

コイル基板２０は、天板１２の一方の面１２Ａに取り付けられている。例えば、天板１２の中央には、貫通した開口部Ｈ１２が設けられている。開口部Ｈ１２の周囲には、他の部分よりも厚さが小さい段差部が設けられている。コイル基板２０は、この段差部に嵌め込まれることによって、天板１２に対して位置決めされている。また、天板１２の一方の面１２Ａと、コイル基板２０の表面は、面一（または、ほぼ面一）となっている。コイル基板２０は、例えば接着剤を介して天板１２の一方の面に固定されている。 The coil substrate 20 is attached to one surface 12A of the top plate 12 . For example, in the center of the top plate 12, a penetrating opening H12 is provided. A stepped portion having a smaller thickness than other portions is provided around the opening H12. The coil substrate 20 is positioned with respect to the top plate 12 by being fitted into this stepped portion. One surface 12A of the top plate 12 and the surface of the coil substrate 20 are flush (or substantially flush). The coil substrate 20 is fixed to one surface of the top plate 12 via an adhesive, for example.

図４は、本実施形態のカバーとコイル基板の構成例を示す平面図である。図４に示すように、天板１２の一方の面１２Ａには、電源基板４１とセンサ基板４２とが取り付けられている。電源基板４１とセンサ基板４２は、平面視で、側板１１とコイル基板２０との間に位置する。電源基板４１には、電源部４３が実装されている。電源部４３は、発電部５０（後述の図１１参照）から供給された単相交流電力を直流電圧に変換して、センサ基板４２へ供給する。なお、発電部５０は、コイル基板２０と磁気トラック３１とで構成される。 FIG. 4 is a plan view showing a configuration example of the cover and the coil substrate of this embodiment. As shown in FIG. 4, on one surface 12A of the top plate 12, a power supply substrate 41 and a sensor substrate 42 are attached. The power supply board 41 and the sensor board 42 are positioned between the side plate 11 and the coil board 20 in plan view. A power supply unit 43 is mounted on the power supply board 41 . The power supply unit 43 converts the single-phase AC power supplied from the power generation unit 50 (see FIG. 11 described later) into a DC voltage and supplies the DC voltage to the sensor substrate 42 . The power generation section 50 is composed of the coil substrate 20 and the magnetic track 31 .

センサ基板４２には、センサ４４と、通信回路を有する制御部４５と、アンテナ４７とが実装されている。電源部４３からの直流電力は、センサ４４及び制御部４５に供給される。センサ４４、制御部４５及びアンテナ４７は、別々のＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）チップで構成されていてもよいし、それらの一部又は全部が１つのＩＣチップで構成されていてもよい。また、センサ４４は、例えば、加速度センサ４４１と、温度センサ４４２及び角度センサ４４３を有する。 A sensor 44 , a control section 45 having a communication circuit, and an antenna 47 are mounted on the sensor substrate 42 . DC power from the power supply unit 43 is supplied to the sensor 44 and the control unit 45 . The sensor 44, the control unit 45, and the antenna 47 may be composed of separate IC (Integrated Circuit) chips, or part or all of them may be composed of one IC chip. Also, the sensor 44 has, for example, an acceleration sensor 441 , a temperature sensor 442 and an angle sensor 443 .

図４に示すように、コイル基板２０は、フレキシブル基板２１と、フレキシブル基板２１に設けられたコイルパターン２３と、フレキシブル基板２１に設けられた複数のヨーク２５と、を有する。フレキシブル基板２１の平面視による形状は、回転軸Ａｘを中心とする正円のリング状である。コイルパターン２３は、フレキシブル基板２１の厚さ方向に積層された複数の平面コイルを有する。平面コイルとは、絶縁体の所定の面上にパターニングされて設けられた導電体のパターンである。本実施形態においては、導電体のパターンが絶縁体の複数の面上に形成されている。これに限られず、導電体のパターンが絶縁体の１つの面上に形成されていてもよい。コイルパターン２３の断面視による構造は、後で図８を参照しながら説明する。コイルパターン２３のターン数は平面コイルの積層数に比例する。本実施形態では、センサ付き発電ユニット１００の用途によって、平面コイルの積層数を変化させ発電量を調整しても良い。 As shown in FIG. 4 , the coil substrate 20 has a flexible substrate 21 , coil patterns 23 provided on the flexible substrate 21 , and multiple yokes 25 provided on the flexible substrate 21 . The shape of the flexible substrate 21 in a plan view is a circular ring shape centered on the rotation axis Ax. The coil pattern 23 has a plurality of planar coils laminated in the thickness direction of the flexible substrate 21 . A planar coil is a conductor pattern provided by patterning on a predetermined surface of an insulator. In this embodiment, conductor patterns are formed on multiple surfaces of the insulator. The pattern is not limited to this, and the conductor pattern may be formed on one surface of the insulator. The cross-sectional structure of the coil pattern 23 will be described later with reference to FIG. The number of turns of the coil pattern 23 is proportional to the number of laminated planar coils. In this embodiment, depending on the application of the sensor-equipped power generation unit 100, the number of laminations of the planar coils may be changed to adjust the power generation amount.

図４に示すように、コイルパターン２３の両端は、リード線１６を介して電源基板４１に接続される。なお、本実施形態において、コイルパターン２３と電源基板４１との接続は、リード線１６ではなく、ＦＰＣ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）コネクタを介して行われてもよい。または、コイル基板２０を延長して電源基板４１と直接接続されてもよい。ＦＰＣコネクタを使用した接続では、半田が不要となるので、センサ付き発電ユニット１００の生産性をさらに高めることができる。 As shown in FIG. 4 , both ends of the coil pattern 23 are connected to the power supply substrate 41 via lead wires 16 . In this embodiment, the coil pattern 23 and the power supply board 41 may be connected via an FPC (Flexible Printed Circuit) connector instead of the lead wire 16 . Alternatively, the coil board 20 may be extended and directly connected to the power supply board 41 . The connection using the FPC connector does not require soldering, so the productivity of the sensor-equipped power generation unit 100 can be further improved.

図４に示すように、コイルパターン２３は、平面視で第１方向に延びる複数の第１導電部２３１と、第１方向と平面視で交差する第２方向に延びる複数の第２導電部２３２と、を有する。第１方向は、例えば、回転軸Ａｘを中心とする円の円周方向である。第２方向は、例えば、回転軸Ａｘを中心とする円の径方向である。第１導電部２３１と第２導電部２３２は、交互に直列に接続されている。 As shown in FIG. 4, the coil pattern 23 includes a plurality of first conductive portions 231 extending in a first direction in plan view and a plurality of second conductive portions 232 extending in a second direction intersecting the first direction in plan view. and have The first direction is, for example, the circumferential direction of a circle centered on the rotation axis Ax. The second direction is, for example, the radial direction of a circle centered on the rotation axis Ax. The first conductive portions 231 and the second conductive portions 232 are alternately connected in series.

ヨーク２５は、平面視で、第１導電部２３１の一方の側に位置する第１ヨーク２５Ａと、第１導電部２３１の他方の側に位置する第２ヨーク２５Ｂとを有する。例えば、第１ヨーク２５Ａは、第１導電部２３１よりも回転軸Ａｘから遠い側に位置する。第２ヨーク２５Ｂは、第１導電部２３１よりも回転軸Ａｘから近い側に位置する。但し、第１ヨーク２５Ａと回転軸Ａｘとの距離と、第２ヨーク２５Ｂと回転軸Ａｘとの距離は、互いに同じ長さである。 The yoke 25 has a first yoke 25A located on one side of the first conductive portion 231 and a second yoke 25B located on the other side of the first conductive portion 231 in plan view. For example, the first yoke 25A is located farther from the rotation axis Ax than the first conductive portion 231 is. The second yoke 25B is positioned closer to the rotation axis Ax than the first conductive portion 231 is. However, the distance between the first yoke 25A and the rotation axis Ax and the distance between the second yoke 25B and the rotation axis Ax are the same length.

例えば、コイルパターン２３は、平面視で、回転軸Ａｘを中心とする円の円周方向に沿って凹凸が交互に並ぶように延設されている。この凹凸の凹部２３３にヨーク２５が１つずつ配置されている。 For example, the coil pattern 23 is extended so that unevenness|corrugation may be alternately arranged along the circumference direction of the circle centering on the rotating shaft Ax by planar view. One yoke 25 is arranged in each recess 233 of the unevenness.

図５は、本実施形態の磁気トラックの構成例を示す平面図である。図５に示すように、磁気トラック３１の平面視による形状は、回転軸Ａｘを中心とする正円のリング状である。磁気トラック３１は、Ｎ極３１ＮとＳ極３１Ｓとからなる磁極対３１１を複数有する。複数の磁極対３１１は、回転軸Ａｘを中心とする円の円周方向に並んでいる。Ｎ極３１Ｎ及びＳ極３１Ｓは、交互に配置されている。 FIG. 5 is a plan view showing a configuration example of the magnetic track of this embodiment. As shown in FIG. 5, the shape of the magnetic track 31 in a plan view is a perfect circular ring centered on the rotation axis Ax. The magnetic track 31 has a plurality of magnetic pole pairs 311 consisting of N poles 31N and S poles 31S. The plurality of magnetic pole pairs 311 are arranged in the circumferential direction of a circle centered on the rotation axis Ax. The N poles 31N and the S poles 31S are alternately arranged.

図２及び図３に示したように、回転部３０は、磁気トラック３１と、リング状の基材３３と、リング状の取付け治具３５と、を有する。基材３３及び取付け治具３５は、金属製である。磁気トラック３１は、基材３３の一方の面側に設けられている。取付け治具３５は、基材３３の他方の面側に固定されている。取付け治具３５は、基材３３の他方の面側から、基材３３の中央に位置する貫通した開口部Ｈ３３を通って、基材３３の一方の面側に突き出ている。基材３３の一方の面側はカバー１０と対向する面側である。基材３３の他方の面側はバックカバー６０と対向する面側である。 As shown in FIGS. 2 and 3 , the rotating part 30 has a magnetic track 31 , a ring-shaped base 33 and a ring-shaped mounting jig 35 . The base material 33 and the mounting jig 35 are made of metal. The magnetic track 31 is provided on one side of the substrate 33 . The mounting jig 35 is fixed to the other surface side of the base material 33 . The mounting jig 35 protrudes from the other surface side of the base material 33 to one surface side of the base material 33 through a penetrating opening H33 located in the center of the base material 33 . One surface side of the base material 33 is the surface side facing the cover 10 . The other surface side of the base material 33 is the surface side facing the back cover 60 .

本実施形態では、磁気トラック３１と基材３３とを合わせて、エンコーダマグネットという。例えば、エンコーダマグネットは、金属製の基材の一方の面にプラスチックマグネットが形成され、形成されたプラスチックマグネットの表面にＮ極とＳ極とが交互に着磁されることにより形成される。取付け治具３５は、エンコーダマグネットを、軸部１４０（後述の図９参照）に取り付けるために使用される。 In this embodiment, the magnetic track 31 and the substrate 33 are collectively referred to as an encoder magnet. For example, an encoder magnet is formed by forming a plastic magnet on one surface of a metal base material and alternately magnetizing N poles and S poles on the surface of the formed plastic magnet. The attachment jig 35 is used to attach the encoder magnet to the shaft portion 140 (see FIG. 9, which will be described later).

本実施形態では、取付け治具３５の形状や内径寸法を変化させることで、センサ付き発電ユニット１００を様々な軸受サイズに対応させることができる。また、磁気トラック３１の磁極対３１１の数や、磁気トラック３１のマグネット材料を変更することで、発電部５０の発電量を調整することもできる。また、本実施形態では、センサ付き発電ユニット１００を様々な軸受サイズに対応させるため、回転部３０をエンコーダマグネットと取付け治具３５と分離可能な構成としている。なお、軸受サイズが１種類に限定される場合は、エンコーダマグネットと取付け治具３５とを一体成形してもよい。この場合は、センサ付き発電ユニット１００の生産性が向上する。 In this embodiment, by changing the shape and inner diameter of the mounting jig 35, the sensor-equipped power generation unit 100 can be adapted to various bearing sizes. Also, by changing the number of magnetic pole pairs 311 of the magnetic track 31 and the magnet material of the magnetic track 31, the power generation amount of the power generation unit 50 can be adjusted. In addition, in this embodiment, the rotating part 30 is configured to be separable from the encoder magnet and the mounting jig 35 in order to adapt the sensor-equipped power generating unit 100 to various bearing sizes. If the bearing size is limited to one type, the encoder magnet and mounting jig 35 may be integrally formed. In this case, the productivity of the sensor-equipped power generation unit 100 is improved.

図６は、本実施形態の発電部の構成例を示す平面図である。図６は、コイル基板２０に磁気トラック３１を重ねた状態を示している。図６に示すように、回転軸Ａｘを中心（図４、図５参照）とする円の円周方向において、隣り合う一方のヨーク２５（例えば、第１ヨーク２５Ａ）と他方のヨーク２５（例えば、第２ヨーク２５Ｂ）との間の中間に、第２導電部２３２が位置する。回転軸Ａｘを中心とする円の円周方向において、隣り合うヨーク２５の中心間の距離を２５ｐとし、隣り合う第２導電部２３２の中心間の距離を２３ｐとする。例えば、距離２３ｐと距離２５ｐは、互いに同じ長さである。 FIG. 6 is a plan view showing a configuration example of the power generation unit of this embodiment. FIG. 6 shows a state in which the magnetic tracks 31 are superimposed on the coil substrate 20 . As shown in FIG. 6, one yoke 25 (for example, first yoke 25A) and the other yoke 25 (for example, , and the second yoke 25B). Let 25p be the distance between the centers of adjacent yokes 25 and 23p be the distance between the centers of adjacent second conductive portions 232 in the circumferential direction of a circle centered on the rotation axis Ax. For example, distance 23p and distance 25p have the same length.

回転軸Ａｘを中心とする円の円周方向において、Ｎ極３１Ｎの長さ３１Ｌ１と、Ｓ極３１Ｓの長さ３１Ｌ２は、互いに同じ長さである。また、Ｎ極３１Ｎの長さ３１Ｌ１と、Ｓ極３１Ｓの長さ３１Ｌ２は、ヨーク２５の中心間の距離２５ｐと同じ長さである。 The length 31L1 of the N pole 31N and the length 31L2 of the S pole 31S are the same in the circumferential direction of the circle centered on the rotation axis Ax. Also, the length 31L1 of the N pole 31N and the length 31L2 of the S pole 31S are the same as the distance 25p between the centers of the yokes 25. As shown in FIG.

図５に示すように、回転軸Ａｘを中心とする円の円周方向において、隣り合うＮ極３１ＮとＳ極３１Ｓとの中心間の距離を３１ｐとする。Ｎ極３１ＮとＳ極３１Ｓの中心間の距離３１ｐは、ヨーク２５の中心間の距離２５ｐと同じ長さになっている。 As shown in FIG. 5, let 31p be the distance between the centers of the N pole 31N and the S pole 31S adjacent to each other in the circumferential direction of a circle centered on the rotation axis Ax. The distance 31p between the centers of the N pole 31N and the S pole 31S is the same as the distance 25p between the centers of the yoke 25. As shown in FIG.

本実施形態では、回転軸Ａｘを中心に、コイル基板２０に対して磁気トラック３１が相対的に回転すると、第１ヨーク２５ＡがＮ極と対向するときは、第２ヨーク２５ＢはＳ極と対向する。また、第１ヨーク２５ＡがＳ極と対向するときは、第２ヨーク２５ＢはＮ極と対向する。第１ヨーク２５Ａ及び第２ヨーク２５Ｂは、磁気トラック３１の同一磁極と対向することはない。これにより、第１ヨーク２５Ａを通る磁束密度の変化の位相と、第２ヨーク２５Ｂを通る磁束密度の変化の位相は、１８０°ずれた状態となる。 In this embodiment, when the magnetic track 31 rotates relative to the coil substrate 20 around the rotation axis Ax, when the first yoke 25A faces the N pole, the second yoke 25B faces the S pole. do. Also, when the first yoke 25A faces the S pole, the second yoke 25B faces the N pole. The first yoke 25A and the second yoke 25B never face the same magnetic pole of the magnetic track 31. As shown in FIG. As a result, the phase of change in magnetic flux density passing through the first yoke 25A and the phase of change in magnetic flux density passing through the second yoke 25B are shifted by 180°.

上述したように、第１ヨーク２５Ａは、第１導電部２３１よりも回転軸Ａｘから遠い側に位置する。第２ヨーク２５Ｂは、第１導電部２３１よりも回転軸Ａｘに近い側に位置する。このため、第１ヨーク２５Ａを通る磁束密度の変化によってコイルパターン２３に生じる誘導電流と、第２ヨーク２５Ｂを通る磁束密度の変化によってコイルパターン２３に生じる誘導電流は、同じ方向に流れる。 As described above, the first yoke 25A is located farther from the rotation axis Ax than the first conductive portion 231 is. The second yoke 25B is positioned closer to the rotation axis Ax than the first conductive portion 231 is. Therefore, the induced current generated in the coil pattern 23 due to the change in the magnetic flux density passing through the first yoke 25A and the induced current generated in the coil pattern 23 due to the change in the magnetic flux density passing through the second yoke 25B flow in the same direction.

図７は、本実施形態のセンサ付き発電ユニットにおける起電力の電圧と時間との関係を説明するための説明図である。図７の横軸は時間Ｔであり、縦軸は起電力の電圧Ｖｉである。コイル基板２０が固定され、磁気トラック３１が相対的に回転すると、ヨーク２５と対向する磁極が交互に替わる。これにより、ヨーク２５を通る磁束密度が周期的に変化する。この磁束密度の周期的な変化に応じて、ヨーク２５の周りに位置するコイルパターン２３に電圧変化（例えば、正弦波の交流電圧）が発生する。 FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the voltage of the electromotive force and time in the sensor-equipped power generation unit of the present embodiment. The horizontal axis of FIG. 7 is the time T, and the vertical axis is the voltage Vi of the electromotive force. When the coil substrate 20 is fixed and the magnetic tracks 31 rotate relative to each other, the magnetic poles facing the yoke 25 alternate. As a result, the magnetic flux density passing through the yoke 25 changes periodically. A voltage change (for example, a sinusoidal AC voltage) is generated in the coil pattern 23 positioned around the yoke 25 in accordance with this periodic change in the magnetic flux density.

図８は、図６に示した平面図をＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ’線で切断した断面図である。図８に示すように、コイルパターン２３は、厚さ方向に積層された複数の平面コイル２３Ａから２３Ｆを有する。例えば、コイル基板２０は、厚さ方向に積層された６層のフレキシブル基板２１Ａから２１Ｆと、厚さ方向に積層された６層の平面コイル２３Ａから２３Ｆと、を有する。平面コイル２３Ａから２３Ｆにおいて、厚さ方向で隣り合う平面コイル間にはフレキシブル基板２１が配置されている。また、フレキシブル基板２１Ｂから２１Ｆには貫通穴Ｈ２１が設けられている。貫通穴Ｈ２１に、ヨーク２５が埋め込まれている。 FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII' of the plan view shown in FIG. As shown in FIG. 8, the coil pattern 23 has a plurality of planar coils 23A to 23F stacked in the thickness direction. For example, the coil substrate 20 has six layers of flexible substrates 21A to 21F laminated in the thickness direction and six layers of planar coils 23A to 23F laminated in the thickness direction. In the planar coils 23A to 23F, flexible substrates 21 are arranged between adjacent planar coils in the thickness direction. Further, through holes H21 are provided in the flexible substrates 21B to 21F. A yoke 25 is embedded in the through hole H21.

また、フレキシブル基板２１Ｆ上には絶縁性の保護膜２７が設けられている。コイルパターン２３のうち、最上層に位置する平面コイル２３Ｆは保護膜２７で覆われている。また、ヨーク２５の上面は保護膜２７から露出している。なお、図８では、ヨーク２５の上面が保護膜２７と面一となっている状態を示しているが、本実施形態では、ヨーク２５は保護膜２７から突き出ていてもよい。 An insulating protective film 27 is provided on the flexible substrate 21F. A planar coil 23</b>F located in the uppermost layer of the coil pattern 23 is covered with a protective film 27 . Also, the upper surface of the yoke 25 is exposed from the protective film 27 . Although FIG. 8 shows a state in which the upper surface of the yoke 25 is flush with the protective film 27, the yoke 25 may protrude from the protective film 27 in this embodiment.

平面コイル２３Ａから２３Ｆの平面視による形状は、互いに同一である。例えば、図６に示したように、平面コイル２３Ａから２３Ｆは、それぞれ複数の第１導電部２３１と複数の第２導電部２３２とを有する。また、平面コイル２３Ａから２３Ｆは、例えば、コイルパターン２３の延設方向の両端部において、互いに接続されている。つまり、平面コイル２３Ａから２３Ｆは、互いに並列に接続されている。 Planar coils 23A to 23F have the same shape in plan view. For example, as shown in FIG. 6, the planar coils 23A to 23F each have a plurality of first conductive portions 231 and a plurality of second conductive portions 232. As shown in FIG. Further, the planar coils 23A to 23F are connected to each other, for example, at both ends of the coil pattern 23 in the extending direction. That is, the planar coils 23A to 23F are connected in parallel with each other.

図９は、本実施形態のセンサ付き軸受の構成例を示す断面図である。図１０は、図９の一部ｒｅ１を拡大して示す断面図である。図９及び図１０に示すように、センサ付き軸受１は、センサ付き発電ユニット１００と、センサ付き発電ユニット１００が取り付けられる軸受１２０と、センサ付き発電ユニット１００と軸受１２０とを収容する筐体１３０と、センサ付き発電ユニット１００と軸受１２０とに通される軸部１４０と、を備える。また、センサ付き発電ユニット１００は、第１スペーサ１３１と、第２スペーサ１３３と、ベアリングナット１３５と、固定カバー１３７と、を備える。 FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration example of the sensor-equipped bearing of this embodiment. FIG. 10 is a cross-sectional view showing an enlarged part re1 of FIG. As shown in FIGS. 9 and 10, the sensor-equipped bearing 1 includes a sensor-equipped power generation unit 100, a bearing 120 to which the sensor-equipped power generation unit 100 is attached, and a housing 130 that accommodates the sensor-equipped power generation unit 100 and the bearing 120. and a shaft portion 140 that passes through the sensor-equipped power generation unit 100 and the bearing 120 . The sensor-equipped power generation unit 100 also includes a first spacer 131 , a second spacer 133 , a bearing nut 135 and a fixed cover 137 .

軸受１２０は、外輪１２１と、内輪１２２と、転動体１２３とを有する。第１スペーサ１３１は、筐体１３０の内側面と外輪１２１との間に配置されている。第１スペーサ１３１は、外輪１２１と筐体１３０の内側面との間の隙間を埋めている。第２スペーサ１３３は、リング状の部材である。第２スペーサ１３３の中央の貫通穴には、軸部１４０が通されている。第２スペーサ１３３は、回転部３０の取付け治具３５に接触している。第２スペーサ１３３の外縁の直径（外径）は、カバー１０の開口部Ｈ１２（図２参照）の直径よりも小さい。このため、第２スペーサ１３３は、軸部１４０に通された状態で、カバー１０と接触することはない。 Bearing 120 has an outer ring 121 , an inner ring 122 and rolling elements 123 . The first spacer 131 is arranged between the inner surface of the housing 130 and the outer ring 121 . The first spacer 131 fills the gap between the outer ring 121 and the inner surface of the housing 130 . The second spacer 133 is a ring-shaped member. A shaft portion 140 is passed through the central through hole of the second spacer 133 . The second spacer 133 is in contact with the mounting jig 35 of the rotating portion 30 . The outer edge diameter (outer diameter) of the second spacer 133 is smaller than the diameter of the opening H12 (see FIG. 2) of the cover 10 . Therefore, the second spacer 133 does not come into contact with the cover 10 while being passed through the shaft portion 140 .

ベアリングナット１３５は、軸部１４０に螺合されている。ベアリングナット１３５は、第２スペーサ１３３を介して、取付け治具３５を内輪１２２側に押圧している。これにより、回転部３０は、内輪１２２に固定されている。固定カバー１３７は、図示しないねじによって筐体１３０に取り付けられている。固定カバー１３７は、カバー１０を外輪１２１側に押圧している。これにより、カバー１０は、外輪１２１に固定されている。図１０に示すように、カバー１０と、バックカバー６０との間には、スペースＳ１０が設けられている。スペースＳ１０に、電源基板４１及びセンサ基板４２（図４参照）が配置されている。 The bearing nut 135 is screwed onto the shaft portion 140 . The bearing nut 135 presses the mounting jig 35 toward the inner ring 122 via the second spacer 133 . Thereby, the rotating part 30 is fixed to the inner ring 122 . The fixed cover 137 is attached to the housing 130 with screws (not shown). The fixed cover 137 presses the cover 10 toward the outer ring 121 side. The cover 10 is thereby fixed to the outer ring 121 . As shown in FIG. 10, a space S10 is provided between the cover 10 and the back cover 60. As shown in FIG. A power substrate 41 and a sensor substrate 42 (see FIG. 4) are arranged in the space S10.

図１１は、本実施形態のセンサ付き軸受の基板に搭載されている回路の構成例を示す図である。図１１に示すように、センサ付き軸受１の回路基板４０（図３参照）に搭載されている回路４０Ａは、発電部５０と、電源部４３と、センサ４４と、制御部４５と、アンテナ４７と、を含む。発電部５０は、磁気トラック３１（図２参照）とコイル基板２０（図３参照）と、で構成される。また、電源部４３は、整流回路４３１と、平滑回路４３２と、蓄電回路４３３と、充放電可能な蓄電部４３４と、定電圧出力回路４３６と、を有する。 FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a circuit mounted on the substrate of the sensor-equipped bearing according to this embodiment. As shown in FIG. 11, the circuit 40A mounted on the circuit board 40 (see FIG. 3) of the sensor-equipped bearing 1 includes a power generation section 50, a power supply section 43, a sensor 44, a control section 45, an antenna 47 and including. The power generation section 50 is composed of the magnetic track 31 (see FIG. 2) and the coil substrate 20 (see FIG. 3). Also, the power supply unit 43 includes a rectifying circuit 431 , a smoothing circuit 432 , a power storage circuit 433 , a chargeable/dischargeable power storage unit 434 , and a constant voltage output circuit 436 .

発電部５０は、単相交流電力を発電して電源部４３の整流回路４３１に出力する。整流回路４３１は、発電部５０で発電された単相交流電力を全波整流して直流電力へと変換し、直流電力を平滑回路４３２に出力する。整流回路４３１としてダイオードブリッジが例示されるが、本実施形態はこれに限定されない。平滑回路４３２は、整流回路４３１から出力された直流電力を平滑化して、直流電力から交流成分を低減する。そして、平滑回路４３２は、交流成分が低減された直流電力を蓄電回路４３３に出力する。蓄電回路４３３は、平滑回路４３２から出力された直流電力によって蓄電部４３４を充電する。定電圧出力回路４３６は、蓄電部４３４から出力される直流電力を一定電圧に調整して、センサ４４及び制御部４５に出力する。 The power generation unit 50 generates single-phase AC power and outputs it to the rectifier circuit 431 of the power supply unit 43 . The rectifier circuit 431 full-wave rectifies the single-phase AC power generated by the power generation unit 50 to convert it into DC power, and outputs the DC power to the smoothing circuit 432 . A diode bridge is exemplified as the rectifier circuit 431, but the present embodiment is not limited to this. The smoothing circuit 432 smoothes the DC power output from the rectifier circuit 431 to reduce the AC component from the DC power. Then, the smoothing circuit 432 outputs the DC power with the AC component reduced to the power storage circuit 433 . Power storage circuit 433 charges power storage unit 434 with the DC power output from smoothing circuit 432 . A constant voltage output circuit 436 adjusts the DC power output from the power storage unit 434 to a constant voltage and outputs the voltage to the sensor 44 and the control unit 45 .

センサ４４は、供給される直流電力を使用して、各種の物理量又は化学量を検出する。例えば、センサ４４は、軸受１２０（図２、図３参照）の振動を検出する加速度センサ４４１と、軸受１２０の周囲温度を検出する温度センサ４４２と、外輪１２１（図１０参照）に対する内輪１２２（図１０参照）の相対的な回転角度を検出する角度センサ４４３とを有する。 The sensor 44 uses the supplied DC power to detect various physical or chemical quantities. For example, the sensor 44 includes an acceleration sensor 441 that detects vibration of the bearing 120 (see FIGS. 2 and 3), a temperature sensor 442 that detects the ambient temperature of the bearing 120, and an inner ring 122 (see FIG. 10) for the outer ring 121 (see FIG. 10). 10) and an angle sensor 443 for detecting a relative rotation angle.

例えば、角度センサ４４３は、磁気トラック３１の側方に位置する。磁気トラック３１の側方から磁気が漏れ、漏れた磁気を角度センサ４４３が検出する。また、磁気トラック３１を有する回転部３０は内輪１２２に固定されている。角度センサ４４３は、内輪１２２と共に磁気トラック３１が回転することによって変化する磁束密度を検出することによって、外輪１２１に対する内輪１２２の回転角度を検出する。 For example, the angle sensor 443 is located to the side of the magnetic track 31 . Magnetism leaks from the side of the magnetic track 31 and the angle sensor 443 detects the leaked magnetism. Also, the rotating part 30 having the magnetic track 31 is fixed to the inner ring 122 . The angle sensor 443 detects the rotation angle of the inner ring 122 with respect to the outer ring 121 by detecting the magnetic flux density that changes as the magnetic track 31 rotates together with the inner ring 122 .

また、図示しないが、センサ４４は、軸受１２０の周囲湿度を検出する湿度センサ、軸受１２０の潤滑油の酸化劣化に伴って生じるガス状の炭化水素、硫化水素、アンモニア等を検出するガスセンサ、軸受１２０において生じる摩擦音を検出する超音波センサ等を有してもよい。 Further, although not shown, the sensor 44 includes a humidity sensor for detecting the ambient humidity of the bearing 120, a gas sensor for detecting gaseous hydrocarbons, hydrogen sulfide, ammonia, etc. generated due to oxidative deterioration of the lubricating oil of the bearing 120, and a bearing sensor. It may also have an ultrasonic sensor or the like to detect fricatives that occur at 120 .

制御部４５は、センサ４４によって検出されたデータを記憶したり、アンテナ４７を介して外部に送信したりする。例えば、制御部４５は、制御回路４５１と、記憶回路４５２と、通信回路４５３と、を有する。制御回路４５１は、例えばＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）である。記憶回路４５２は、不揮発性メモリを有する。不揮発性メモリとして、ＮＡＮＤ型又はＮＯＲ型のフラッシュメモリが例示される。通信回路４５３は、制御回路４５１を構成するＣＰＵに含まれている。または、通信回路４５３は、ＣＰＵとは別のＩＣチップで構成されていてもよい。 The control unit 45 stores data detected by the sensor 44 and transmits the data to the outside via the antenna 47 . For example, the control section 45 has a control circuit 451 , a memory circuit 452 and a communication circuit 453 . The control circuit 451 is, for example, a CPU (Central Processing Unit). The memory circuit 452 has a nonvolatile memory. A NAND or NOR flash memory is exemplified as a nonvolatile memory. The communication circuit 453 is included in the CPU that constitutes the control circuit 451 . Alternatively, the communication circuit 453 may be composed of an IC chip different from the CPU.

制御回路４５１は、記憶回路４５２と通信回路４５３とを制御する。例えば、制御回路４５１は、センサ４４によって検出された各種データをアナログデータからデジタルデータに変換する（すなわち、Ａ／Ｄ変換する）。また、制御回路４５１は、Ａ／Ｄ変換されたデジタルデータを記憶回路４５２に書き込む。制御回路４５１は、Ａ／Ｄ変換されたデジタルデータをキャッシュメモリに一時的に記憶し、一時的に記憶したデジタルデータを任意のタイミングで読み出して記憶回路４５２に書き込んでもよい。また、制御回路４５１は、記憶回路４５２からデジタルデータを読み出して、通信回路４５３に出力する。 The control circuit 451 controls the memory circuit 452 and the communication circuit 453 . For example, the control circuit 451 converts various data detected by the sensor 44 from analog data to digital data (that is, A/D converts). Also, the control circuit 451 writes the A/D converted digital data to the storage circuit 452 . The control circuit 451 may temporarily store the A/D-converted digital data in a cache memory, read the temporarily stored digital data at an arbitrary timing, and write it to the storage circuit 452 . Also, the control circuit 451 reads out digital data from the storage circuit 452 and outputs it to the communication circuit 453 .

通信回路４５３は、制御回路４５１の制御下で、記憶回路４５２から読み出されたデジタルデータをアンテナ４７を介して外部に送信する。例えば、図１に示したように、通信回路４５３は、電磁波ＷＶの無線通信により、デジタルデータを外部に送信する。送信されたデジタルデータは、上位装置１５０の通信部１５１で受信される。通信部１５１で受信したデジタルデータは、コンピュータ１５２で処理される。このように、センサ付き軸受１は、デジタルデータを無線で送信することができるので、小型化が可能になる。なお、本実施形態において、通信回路４５３によるデジタルデータの外部への送信は、無線ではなく、有線であってもよい。 Under the control of the control circuit 451 , the communication circuit 453 transmits digital data read from the memory circuit 452 to the outside via the antenna 47 . For example, as shown in FIG. 1, the communication circuit 453 transmits digital data to the outside by wireless communication of electromagnetic waves WV. The transmitted digital data is received by the communication unit 151 of the host device 150 . Digital data received by the communication unit 151 is processed by the computer 152 . Thus, since the sensor-equipped bearing 1 can wirelessly transmit digital data, it can be miniaturized. In this embodiment, transmission of digital data to the outside by the communication circuit 453 may be wired instead of wireless.

次に、センサ付き軸受１の組立方法を説明する。図１２から図１５は、センサ付き軸受の組立方法を工程順に示す断面図である。図１２に示すように、まず、組立装置（図示せず）は、筐体１３０に軸部１４０を取り付ける。また、これと前後して、組立装置は、第１スペーサ１３１を筐体１３０内に取り付ける。次に、組立装置は、軸受１２０を筐体１３０内に挿入する。 Next, a method for assembling the sensor-equipped bearing 1 will be described. 12 to 15 are cross-sectional views showing the assembling method of the sensor-equipped bearing in order of steps. As shown in FIG. 12 , first, an assembling device (not shown) attaches the shaft portion 140 to the housing 130 . Before or after this, the assembling apparatus attaches the first spacer 131 inside the housing 130 . The assembly device then inserts the bearing 120 into the housing 130 .

次に、図１３に示すように、組立装置は、筐体１３０内にセンサ付き発電ユニット１００を挿入する。そして、組立装置は、センサ付き発電ユニット１００を軸受１２０の側面に被せる。次に、図１４に示すように、組立装置は、第２スペーサ１３３を軸部１４０に通して、筐体１３０内に挿入する。 Next, as shown in FIG. 13 , the assembling apparatus inserts the sensor-equipped power generation unit 100 into the housing 130 . Then, the assembling device puts the sensor-equipped power generation unit 100 on the side surface of the bearing 120 . Next, as shown in FIG. 14 , the assembling device inserts the second spacer 133 through the shaft portion 140 and into the housing 130 .

次に、図１５に示すように、組立装置は、ベアリングナット１３５を軸部１４０に螺合させる。軸部１４０に対してベアリングナット１３５が回転すると、ベアリングナット１３５は第２スペーサ１３３に接触する。さらに、ベアリングナット１３５が内輪１２２側に移動すると、第２スペーサ１３３は取付け治具３５を内輪１２２側に押圧して固定する。これにより、回転部３０は内輪１２２に固定される。その後、組立装置は、ねじ等を用いて、固定カバー１３７を筐体１３０に取り付ける。以上の工程を経て、センサ付き軸受１が完成する。なお、上記の説明では、組立装置が組立作業を行うことを説明したが、本実施形態では、組立作業の一部又は全部を作業者が行ってもよい。 Next, as shown in FIG. 15, the assembly device screws the bearing nut 135 onto the shaft portion 140 . As the bearing nut 135 rotates with respect to the shaft portion 140 , the bearing nut 135 contacts the second spacer 133 . Furthermore, when the bearing nut 135 moves toward the inner ring 122, the second spacer 133 presses the mounting jig 35 toward the inner ring 122 to fix it. Thereby, the rotating part 30 is fixed to the inner ring 122 . After that, the assembly device attaches the fixed cover 137 to the housing 130 using screws or the like. Through the above steps, the sensor-equipped bearing 1 is completed. In the above description, the assembling work is performed by the assembling apparatus, but in the present embodiment, a part or all of the assembling work may be performed by an operator.

以上説明したように、本実施形態に係るセンサ付き発電ユニット１００は、第１部品（例えば、カバー１０）と、カバー１０に対して回転軸Ａｘを中心に相対的に回転する第２部品（例えば、回転部３０）と、カバー１０と回転部３０との相対的な回転に基づいて発電する発電部５０と、発電部５０が発電する電力によって充電される、充放電可能な蓄電部４３４と、蓄電部４３４に蓄電された電力が供給されるセンサ４４と、を備える。発電部５０は、回転軸Ａｘを中心とする円の円周方向にＮ極３１ＮとＳ極３１Ｓとが並ぶ磁気トラック３１と、磁気トラック３１と対向する位置に配置されるコイル基板２０と、を有する。コイル基板２０は、基板（例えば、フレキシブル基板２１）と、フレキシブル基板２１に設けられたコイルパターン２３（例えば、平面コイル２３Ａから２３Ｆ）を有する。 As described above, the sensor-equipped power generation unit 100 according to the present embodiment includes a first component (for example, the cover 10) and a second component (for example, the , rotating portion 30), a power generating portion 50 that generates power based on relative rotation between the cover 10 and the rotating portion 30, a chargeable/dischargeable power storage portion 434 that is charged with the power generated by the power generating portion 50, and a sensor 44 to which power stored in the power storage unit 434 is supplied. The power generation unit 50 includes a magnetic track 31 in which an N pole 31N and an S pole 31S are arranged in the circumferential direction of a circle centered on the rotation axis Ax, and a coil substrate 20 arranged at a position facing the magnetic track 31. have. The coil substrate 20 has a substrate (eg, flexible substrate 21) and coil patterns 23 (eg, planar coils 23A to 23F) provided on the flexible substrate 21. FIG.

これによれば、センサ付き発電ユニット１００を間座のように軸受１２０に取り付けることによって、センサ付き軸受１を構成することができる。例えば、センサ付き発電ユニット１００のカバー１０を軸受１２０の外輪１２１に押圧して固定し、回転部３０を軸受１２０の内輪１２２に押圧して固定することによって、センサ付き軸受１を構成することができる。また、センサ付き発電ユニット１００を軸受１２０に取り付ける前、または、取り外した後は、コイル基板２０と磁気トラック３１は、磁力で引き付け合って一体化することができる。コイル基板２０と磁気トラック３１とがばらばらにならないので、センサ付き発電ユニット１００の取扱いが容易である。 According to this, the sensor-equipped bearing 1 can be configured by attaching the sensor-equipped power generation unit 100 to the bearing 120 like a spacer. For example, the sensor-equipped bearing 1 can be configured by pressing and fixing the cover 10 of the sensor-equipped power generation unit 100 to the outer ring 121 of the bearing 120 and pressing and fixing the rotating part 30 to the inner ring 122 of the bearing 120 . can. Also, before attaching the sensor-equipped power generation unit 100 to the bearing 120 or after removing it, the coil substrate 20 and the magnetic track 31 can be attracted to each other by magnetic force and integrated. Since the coil substrate 20 and the magnetic track 31 are not separated, the sensor-equipped power generation unit 100 is easy to handle.

本実施形態に係るセンサ付き発電ユニット１００によれば、フレキシブル基板２１にコイルパターン２３を実装したコイル基板２０を採用している。これにより、コイル基板２０の組立に複雑な技術は必要なく、組立が容易である。また、コイル基板２０は、部品点数が１つであるため、生産性にも優れている。コイル基板２０は磁気トラック３１と対向しているため、磁束変化が大きく発電の効率が高い。 According to the sensor-equipped power generation unit 100 according to the present embodiment, the coil substrate 20 in which the coil pattern 23 is mounted on the flexible substrate 21 is employed. Accordingly, complicated techniques are not required for assembling the coil substrate 20, and the assembly is easy. In addition, since the coil substrate 20 has only one component, it is excellent in productivity. Since the coil substrate 20 is opposed to the magnetic track 31, the magnetic flux change is large and the power generation efficiency is high.

本実施形態に係るセンサ付き軸受１によれば、センサ付き発電ユニット１００を軸受１２０に押し当てて使用する、間座タイプを採用している。軸受１２０に特別な加工を施すことなく、センサ付き軸受１を組み立てることができる。このため、センサ付き軸受１の製造コストを減らすことができ、また、軸受本来の性能も損なわずに済む。 The sensor-equipped bearing 1 according to the present embodiment employs a spacer type in which the sensor-equipped power generation unit 100 is pressed against the bearing 120 for use. The sensor-equipped bearing 1 can be assembled without applying special processing to the bearing 120 . Therefore, the manufacturing cost of the sensor-equipped bearing 1 can be reduced, and the original performance of the bearing can be maintained.

センサ付き発電ユニット１００では、カバー１０内に回転部３０が収容され、背面側（軸受１２０が取り付けられる側）はバックカバー６０が配置されている。例えば、バックカバー６０は、センサ付き発電ユニット１００の内部を見えないように塞いでいる。バックカバー６０は、センサ付き発電ユニット１００の内部に異物等が侵入することを防ぐ、シールとしての役割も果たす。また、カバー１０は磁性を有する。カバー１０の一方の面１２Ａに取り付けられたコイル基板２０も磁性を有する。これにより、センサ付き発電ユニット１００を軸受１２０から外した時に、センサ付き発電ユニット１００がばらばらにならない（各部品が互いに分離しない）ようにすることができる。 In the sensor-equipped power generation unit 100, the rotating part 30 is accommodated in the cover 10, and the back cover 60 is arranged on the back side (the side where the bearing 120 is attached). For example, the back cover 60 blocks the inside of the sensor-equipped power generation unit 100 so that it cannot be seen. The back cover 60 also serves as a seal that prevents foreign matter from entering the sensor-equipped power generation unit 100 . Moreover, the cover 10 has magnetism. The coil substrate 20 attached to one surface 12A of the cover 10 also has magnetism. As a result, when the sensor-equipped power generation unit 100 is removed from the bearing 120, the sensor-equipped power generation unit 100 can be prevented from being disassembled (separate parts from each other).

このように、センサ付き発電ユニット１００では、カバー１０と回転部３０を磁力の力で固定し、カバー１０と回転部３０とがばらばらにならないようにしている。さらに、カバー１０の背面側をバックカバー６０で覆う構成(一体構成)となっている。これにより、センサ付き発電ユニット１００は、軸受１２０から取り外しされた状態でも、カバー１０と回転部３０は、ばらばらにはならない。また、センサ付き発電ユニット１００は、軸受１２０からを取り外しされた状態でも、センサ４４を含む回路基板４０及びコイル基板２０を外部に見せないようにすることができる。 As described above, in the sensor-equipped power generating unit 100, the cover 10 and the rotating portion 30 are fixed by magnetic force so that the cover 10 and the rotating portion 30 do not come apart. Further, the rear side of the cover 10 is covered with the back cover 60 (integrated construction). As a result, even when the sensor-equipped power generating unit 100 is removed from the bearing 120, the cover 10 and the rotating portion 30 do not separate. Moreover, even when the sensor-equipped power generating unit 100 is removed from the bearing 120, the circuit board 40 including the sensor 44 and the coil board 20 can be hidden from the outside.

１センサ付き軸受
１０カバー（第１部品の一例）
２０コイル基板
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆフレキシブル基板
２３コイルパターン
２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ、２３Ｅ、２３Ｆ平面コイル
２５ヨーク
２５Ａ第１ヨーク
２５Ｂ第２ヨーク
３０回転部（第２部品の一例）
３１磁気トラック
３１ＮＮ極
３１ＳＳ極
３３基材
３５取付け治具
４０回路基板
４０Ａ回路
４１電源基板
４２センサ基板
４３電源部
４４センサ
４５制御部
４７アンテナ
５０発電部
１００センサ付き発電ユニット
１２０軸受
１２１外輪
１２２内輪
１２３転動体
１３１第１スペーサ
１３３第２スペーサ
１３５ベアリングナット（第２固定部品の一例）
１３７固定カバー（第１固定部品の一例）
１５０上位装置
１５１通信部
１５２コンピュータ
２３１第１導電部
２３２第２導電部
２３３凹部
４３４蓄電部
４３６定電圧出力回路
４４１加速度センサ
４４２温度センサ
４４３角度センサ
４５１制御回路
４５２記憶回路
４５３通信回路
Ａｘ回転軸 1 bearing with sensor 10 cover (an example of the first part)
20 coil substrates 21, 21A, 21B, 21C, 21D, 21E, 21F flexible substrate 23 coil patterns 23A, 23B, 23C, 23D, 23E, 23F planar coil 25 yoke 25A first yoke 25B second yoke 30 rotating part (second Example of parts)
31 Magnetic track 31N N pole 31S S pole 33 Base material 35 Mounting jig 40 Circuit board 40A Circuit 41 Power supply board 42 Sensor board 43 Power supply section 44 Sensor 45 Control section 47 Antenna 50 Power generation section 100 Power generation unit with sensor 120 Bearing 121 Outer ring 122 Inner ring 123 Rolling element 131 First spacer 133 Second spacer 135 Bearing nut (an example of second fixing parts)
137 fixed cover (an example of the first fixed part)
150 Host device 151 Communication unit 152 Computer 231 First conductive unit 232 Second conductive unit 233 Recess 434 Power storage unit 436 Constant voltage output circuit 441 Acceleration sensor 442 Temperature sensor 443 Angle sensor 451 Control circuit 452 Memory circuit 453 Communication circuit Ax Rotation shaft

Claims

第１固定部品および軸受の内輪によって挟持されることで前記内輪と一体回転する第１部品と、
第２固定部品および前記軸受の外輪によって挟持されることで前記外輪と一体回転し、前記第１部品に対して回転軸を中心に相対的に回転する第２部品と、
前記第１部品と前記第２部品との相対的な回転に基づいて発電する発電部と、
前記発電部が発電する電力によって充電される、充放電可能な蓄電部と、
前記蓄電部に蓄電された電力が供給されるセンサと、を備え、
前記発電部は、
前記回転軸を中心とする円の円周方向にＮ極とＳ極とが並ぶ磁気トラックと、
前記磁気トラックと対向する位置に配置されるコイル基板と、を有し、
前記コイル基板は、
基板と、
前記基板に設けられた平面コイルを有するセンサ付き発電ユニット。 a first part that rotates integrally with the inner ring by being clamped by the first fixing part and the inner ring of the bearing ;
a second part that rotates integrally with the outer ring by being clamped by the second fixed part and the outer ring of the bearing and rotates relative to the first part about the rotation axis;
a power generation unit that generates power based on relative rotation between the first part and the second part;
a chargeable/dischargeable power storage unit that is charged with power generated by the power generation unit;
a sensor supplied with power stored in the power storage unit,
The power generation unit
a magnetic track in which N poles and S poles are arranged in the circumferential direction of a circle centered on the rotation axis;
a coil substrate arranged at a position facing the magnetic track;
The coil substrate is
a substrate;
A power generation unit with a sensor having a planar coil provided on the substrate.

前記コイル基板は、
前記平面コイルとして、前記基板の厚さ方向に積層された複数の平面コイルを有する、請求項１に記載のセンサ付き発電ユニット。 The coil substrate is
2. The sensor-equipped power generation unit according to claim 1, wherein the planar coil includes a plurality of planar coils stacked in the thickness direction of the substrate.

前記平面コイルは、
第１方向に延びる複数の第１導電部と、
前記第１方向と平面視で交差する第２方向に延びる複数の第２導電部と、を有し、
前記第１導電部と前記第２導電部は交互に直列に接続されている、請求項１又は２に記載のセンサ付き発電ユニット。 The planar coil is
a plurality of first conductive parts extending in a first direction;
a plurality of second conductive portions extending in a second direction intersecting with the first direction in plan view;
3. The sensor-equipped power generation unit according to claim 1, wherein said first conductive portion and said second conductive portion are alternately connected in series.

前記第１方向は、前記回転軸を中心とする円の円周方向であり、
前記第２方向は、前記回転軸を中心とする円の径方向である、請求項３に記載のセンサ付き発電ユニット。 The first direction is a circumferential direction of a circle centered on the rotation axis,
4. The sensor-equipped power generation unit according to claim 3, wherein said second direction is a radial direction of a circle centered on said rotation axis.

前記コイル基板は、
前記基板に設けられた複数のヨーク、をさらに有し、
前記ヨークは、平面視で、
前記第１導電部の一方の側に位置する第１ヨークと、
前記第１導電部の他方の側に位置する第２ヨークと、を含み、
前記回転軸を中心とする円の円周方向において、前記第１ヨークと前記第２ヨークは交互に配置されている、請求項３又は４に記載のセンサ付き発電ユニット。 The coil substrate is
a plurality of yokes provided on the substrate,
The yoke, in plan view,
a first yoke located on one side of the first conductive portion;
a second yoke positioned on the other side of the first conductive portion;
5. The sensor-equipped power generating unit according to claim 3, wherein said first yokes and said second yokes are alternately arranged in the circumferential direction of a circle centered on said rotation axis.

前記第１ヨークと前記第２ヨークとの間に前記第２導電部が配置されている、請求項５に記載のセンサ付き発電ユニット。 6. The sensor-equipped power generating unit according to claim 5, wherein said second conductive portion is arranged between said first yoke and said second yoke.

前記回転軸を中心とする円の円周方向において、
隣り合う前記ヨークの中心間の距離は、
隣り合う前記Ｎ極及び前記Ｓ極の中心間の距離と同じ長さである、請求項５又は６に記載のセンサ付き発電ユニット。 In the circumferential direction of a circle centered on the rotation axis,
The distance between the centers of the adjacent yokes is
7. The sensor-equipped power generation unit according to claim 5 or 6, wherein the length is the same as the distance between the centers of the adjacent N poles and S poles.

前記蓄電部に蓄電された電力と、前記センサで検出される物理量又は化学量に関する検出データとが供給される制御部、をさらに備え、
前記制御部は、
前記検出データを記憶する記憶回路と、
前記記憶回路に記憶される前記検出データを外部に送信する通信回路と、を有する請求項１から７のいずれか１項に記載のセンサ付き発電ユニット。 further comprising a control unit supplied with the electric power stored in the power storage unit and detection data relating to the physical quantity or chemical quantity detected by the sensor,
The control unit
a storage circuit that stores the detection data;
The sensor-equipped power generation unit according to any one of claims 1 to 7, further comprising a communication circuit that transmits the detection data stored in the storage circuit to the outside.

センサ付き発電ユニットと、
前記センサ付き発電ユニットが取り付けられる軸受と、を備え、
前記センサ付き発電ユニットは、
第１部品と、
前記第１部品に対して回転軸を中心に相対的に回転する第２部品と、
前記第１部品と前記第２部品との相対的な回転に基づいて発電する発電部と、
前記発電部が発電する電力によって充電される、充放電可能な蓄電部と、
前記蓄電部に蓄電された電力が供給されるセンサと、を備え、
前記発電部は、
前記回転軸を中心とする円の円周方向にＮ極とＳ極とが並ぶ磁気トラックと、
前記磁気トラックと対向する位置に配置されるコイル基板と、を有し、
前記コイル基板は、
基板と、
前記基板に設けられた平面コイルを有するセンサ付き軸受。 a power generation unit with a sensor ;
and a bearing to which the sensor-equipped power generation unit is attached ,
The sensor-equipped power generation unit includes:
a first part;
a second part that rotates about a rotation axis relative to the first part;
a power generation unit that generates power based on relative rotation between the first part and the second part;
a chargeable/dischargeable power storage unit that is charged with power generated by the power generation unit;
a sensor supplied with power stored in the power storage unit,
The power generation unit
a magnetic track in which N poles and S poles are arranged in the circumferential direction of a circle centered on the rotation axis;
a coil substrate arranged at a position facing the magnetic track;
The coil substrate is
a substrate;
A sensor bearing having a planar coil provided on the substrate .

前記センサ付き発電ユニットと前記軸受とを収容する筐体と、
前記第１部品を前記軸受の外輪に押圧して固定する第１固定部品と、
前記第２部品を前記軸受の内輪に押圧して固定する第２固定部品と、を備える請求項９に記載のセンサ付き軸受。 a housing that houses the sensor-equipped power generation unit and the bearing;
a first fixing component that presses and fixes the first component to the outer ring of the bearing;
10. The sensor-equipped bearing according to claim 9, further comprising: a second fixing part that presses and fixes the second part to the inner ring of the bearing.