JP2005078341A - ワイヤレスセンサシステムおよびワイヤレスセンサ付軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源部の給電異常を知ることができて、ワイヤレスセンサシステムの誤動作を防止でき、また送信電力の消費を節減しながら、安定した給電を行うことができるものとする。
【解決手段】 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４Ａ，４Ｂとセンサ信号受信機５とを備える。ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂは、 検出対象を検出するセンサ部６Ａ，６Ｂと、そのセンサ信号をワイヤレスで送信するセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂと、電源部１０とをそれぞれ有する。電源部１０は、ワイヤレス送信された駆動電力を受信する電力受信部８Ａ，８Ｂを有する。このシステムにおいて、上記電源部１０の電圧を監視する電源監視部７を設ける。センサ信号受信機５には、電源監視部７による監視の結果に応じて送信電力を調整する監視対応電力制御手段１４を設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、各種のセンサ信号、例えば自動車における車輪回転数等の検出信号をワイヤレスで送信するようにしたワイヤレスセンサシステム、および同システムを用いた車輪用軸受装置等のワイヤレスセンサ付軸受装置に関する。

車輪用軸受装置に搭載された回転センサの信号を、ワイヤレスで送信して車輪と車体と間のハーネスを無くしたワイヤレスＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）センサが提案されている。特許文献１では、ワイヤレスセンサを使用したアンチロックブレーキ装置で信号送信電波の電波強度とセンサ信号を送信して、回転数検出用の誤動作を防ぎ、システムの誤動作を防止する方法を提案している。
また、特許文献２では、ワイヤレス送信する回転センサ付き車輪用軸受において、回転センサの異常検出を自己診断回路で行い、異常時に異常信号を送信するシステムが提案されている。この提案例では、センサおよび無線送信機の電力供給が、回転センサを兼ねた発電機で行われることを前提としているが、ワイヤレス給電を行うことについても触れられている。
特開２００２−２６４７８６号公報 特開２００３−１４６１９６号公報

ワイヤレス給電により動作電力を供給するワイヤレスセンサシステムでは、電磁波や光波等でワイヤレス給電が行われる。ワイヤレス給電では、送信部と受信部間の障害物や送信部と受信部の相対的な移動による影響を受け易く、必要な電力を給電できなくなるので設置場所には注意を払う必要がある。また、ワイヤレス給電は、配線による給電や発電機に比べて効率が良くないため、給電のために大きな電力を送信する必要がある。そのため、給電不良を考慮して常に大電力を送信し続けるのは、システム全体の消費電力が大きくなってしまうという問題点がある。また、回転センサを兼ねた発電機により電力供給を行うものにおいて、センサの異常検出が行われても、送信系の異常によって、ワイヤレスセンサシステムで正しく機能しないことがある。センサ部と送信系とに個別に異常検出手段を設けるのでは、構成か複雑となる。

この発明の目的は、電源部の給電異常を知ることができて、センサ部やセンサ信号送信部の誤動作によるワイヤレスセンサシステムの誤動作を防ぐことができる簡素な構成の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、送信電力の消費を節減しながら、安定した給電を行うことができるものとすることである。
この発明のさらに他の目的は、軸受の知能化、配線系の簡素化を図りながら、センサ部やセンサ信号送信部の給電異常を認識できて、誤動作防止、電力使用の節減等が図れ、これらの誤動作防止等のための構成が簡素なもので済むワイヤレスセンサ付軸受装置を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、車輪用軸受装置において、上記ワイヤレスセンサ付軸受装置の機能が得られるものとすることである。

こ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（６Ａ，６Ｂ）と、このセンサ部（６Ａ，６Ｂ）が出力するセンサ信号をワイヤレスで送信するセンサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）と、上記センサ部（６Ａ，６Ｂ）およびセンサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）に駆動電力を給電する電源部（１０）とを有する１つまたは複数のワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）と、上記センサ信号送信部（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）とを備えたワイヤレスセンサシステムにおいて、上記電源部（１０）の電圧を監視する電源監視部（７）を設けたことを特徴とする。
この構成によると、センサ部（６Ａ，６Ｂ）およびセンサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）に駆動電力を給電する電源部（１０）の給電電圧が、電源監視部（７）によって監視される。そのため、給電異常を知らせることで、センサ部（６Ａ，６Ｂ）の誤動作や、ワイヤレスセンサシステムの誤動作を防ぐことができる。また、電源部（１０）の駆動電力を監視するため、給電不良によるセンサ部（６Ａ，６Ｂ）の電源異常、およびセンサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）の電源異常を、共に検出することができ、別々に異常検出手段を設ける場合に比べて簡素な構成にできる。

この発明において、上記電源部（１０）は、給電電力送信部からワイヤレスで送信された駆動電力を受信する電力受信部（８Ａ，８Ｂ）を有するものであっても良い。
ワイヤレス給電の場合、配線による給電や発電機に比べて効率が良くないため、給電のために大きな電力を送信する必要がある。しかし、給電電力を監視し、給電異常や給電電力信号等を送信側へ知らせることで、ワイヤレス給電用の送信電力をコントロールすることができる。

例えば、上記電力受信部（８Ａ，８Ｂ）を設けた場合に、上記電源監視部（７）を、監視結果情報を上記センサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）より送信させるものとする。この場合に、電源監視部（７）の監視結果情報に応じて上記給電電力送信部の送信電力を調整する監視対応制御手段（１４）を設けても良い。
給電電圧の監視結果情報が送信されることで、センサ信号の受信側で監視結果情報を認識することができ、監視結果に応じた対処が行える。特に、給電電力送信部からワイヤレス給電を行う場合は、上記のように監視対応制御手段（１４）を設け、給電電圧の監視結果情報に応じてワイヤレス給電用の送信電力をコントロールすることができる。このため、大電力を常時送信する必要がなくなり、ワイヤレスセンサシステムの消費電力を小さくすることができる。

上記給電電力送信部（１２）は、上記センサ信号受信部（１３）を有するセンサ信号受信機（５）に設けられたものであって良い。上記監視対応制御手段（１４）を設ける場合は、これもセンサ信号受信機（５）に設ける。センサ信号受信部（１３）と給電電力送信部（１２）とは離れて設置することもできるが、同じセンサ信号受信機（５）に両者が設けられていると、ワイヤレスセンサシステムの全体が簡素な構成となる。

上記電源監視部（７）は、上記電力受信部（１２）の受信電力を直流電力に変換した後の電圧を監視するものであっても良い。直流電力に変換した後の電圧を監視するようにすることにより、監視が容易に行え、電源監視部（７）の構成が簡素化できる。

上記センサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）は、電源監視部（７）により監視した電圧が所定の閾値以上または閾値を超えるときに所定の正常報知信号を送信し、閾値未満または閾値以下のときに正常報知信号の送信を中止するものとしても良い。また、この中止時に所定の異常報知信号を送信するものとしても良い。所定の正常信号は、電源電圧信号であっても良く、例えばセンサ信号に電源電圧信号等の正常報知信号を重畳して送信しても良い。
このように、閾値未満のときに正常報知信号の送信を中止し、あるいはさらに所定の異常報知信号を送信することで、センサ信号の受信側で異常の認識が容易に行える。また、センサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）とは別に正誤信号の送受手段を設ける場合に比べて、構成が簡単である。

この発明において、上記センサ部（６Ａ，６Ｂ）として発電機能を有する回転センサ（６Ａｂ）を有し、上記電源部（１０）が上記回転センサ（６Ａｂ）の発電した電力を用いるものであっても良い。この場合に、ワイヤレス給電の電力と発電電力を併用するものであっても良い。
回転センサ（６Ａｂ）の発電した電力を用いるものである場合であっても、センサ部（６Ａ，６Ｂ）およびセンサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）に駆動電力を給電する電源部（１０）の電圧を監視する電源監視部（７）を設けることで、給電不良によるセンサ部（６Ａ，６Ｂ）の電源異常、およびセンサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）の電源異常を共に検出することができ、別々に異常検出手段を設ける場合に比べて簡素な構成にできる。

この発明のワイヤレスセンサ付軸受装置（３３，５１，５２）は、この発明における上記いずれかの構成のワイヤレスセンサシステムのワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）を軸受に搭載したものである。
この構成の場合、軸受にワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）を搭載することで、軸受の知能化を図り、また配線系の簡素化を図りながら、センサ部（６Ａ，６Ｂ）やセンサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）の給電異常を認識できて、ワイヤレスセンサシステムの誤動作防止や消費電力の節減を図ることができる。しかもワイヤレスセンサシステムが簡素な構成で済む。

この発明の車輪用軸受装置（３３）は、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車輪用軸受装置において、
この発明における上記いずれかの構成のワイヤレスセンサシステムにおけるワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）を装備したものである。
この構成の場合、車輪用軸受装置（３３）の知能化を図り、また車輪と車体間のハーネスを無くしながら、センサ部（６Ａ，６Ｂ）の誤動作やワイヤレスセンサシステムの誤動作を簡素な構成で防ぐことができ、走行の安全および消エネルギを図ることができる。

この車輪用軸受装置（３３）において、上記ワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）におけるセンサ部（６Ａ，６Ｂ）が、上記外方部材（１）と内方部材（２）との間の回転を検出する回転センサを有するものであっても良い。
車輪用軸受装置（３３）では、回転センサ（１８，６Ａｂ）の検出信号が、アンチロックブレーキシステムや走行姿勢の制御システムのために用いられる。この場合に、上記電源監視部（７）を備えることで、回転センサ（１８，６Ａｂ）の信号が正しく送信されている否かを、制御側に正しく認識させることができ、安全な制御を行うことができる。

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ワイヤレス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に駆動電力を給電する電源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を備えたワイヤレスセンサシステムにおいて、上記電源部の電圧を監視する電源監視部を設けたため、センサ部およびセンサ信号送信部の給電異常が共に監視できて、ワイヤレスセンサシステムの誤動作防止や、省エネ駆動が行え、しかも簡素な構成で上記誤動作防止や省エネ駆動を行うことができる。
特に、上記電源部が、給電電力送信部からワイヤレスで送信された駆動電力を受信する電力受信部を有するものである場合は、送信電力の消費を節減しながら、安定した給電を行うことができる。
この発明のワイヤレスセンサ付軸受装置は、この発明におけるワイヤレスセンサシステムのワイヤレスセンサユニットを搭載したものであるため、軸受の知能化を図り、また配線系の簡素化を図りながら、センサ部やセンサ信号送信部の給電異常を認識できて、ワイヤレスセンサシステムの誤動作防止、電力使用の節減が図れ、しかもこれら誤動作防止等のための構成が簡素なもので済む。
この発明を車輪用軸受装置に適用した場合は、この発明のワイヤレスセンサ付軸受装置の上記各効果が、より一層効果的なものとなり、走行の安全、高度な制御につながる。

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を図１と共に説明する。このワイヤレスセンサシステムは、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とを備える。ワイヤレスセンサユニットの個数は特に制限がなく、１個であっても、３個以上であっても良いが、図１は２個の場合を示している。

各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂは、それぞれ検出対象を検出するセンサ部６Ａ，６Ｂと、このセンサ部６Ａ，６Ｂが出力するセンサ信号をワイヤレスで送信するセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂと、上記センサ部６Ａ，６Ｂおよびセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂに駆動電力を給電する電源部１０と、電源部１０の電圧を監視する電源監視部７とをそれぞれ有する。

センサ部６Ａ，６Ｂは、それぞれ一つのセンサからなるものであっても、また複数のセンサを有するものであっても良い。センサ部６Ａ，６Ｂを構成するセンサは、例えば回転センサ、温度センサ、振動センサ、荷重センサ、トルクセンサ、軸受の予圧を検出する予圧センサ等である。回転センサを構成するセンサは、ホール素子型センサであっても、また磁気抵抗素子型センサであっても良い。

電源部１０は、ワイヤレスで送信された駆動電力を受信する電力受信部８Ａ，８Ｂと、受信した電力をセンサ部６Ａ，６Ｂおよびセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂに給電する電源回路１１とをそれぞれ有する。電力受信部８Ａ，８Ｂは、ワイヤレス給電を電磁波で行うものである場合、同調回路等で構成される。その場合、電源回路１０は検波整流回路等により構成される。電源回路１１には、受信電力を蓄えるキャパシタまたは２次電池、およびそれらの充電回路を有するものであっても良い。

センサ信号受信機５は、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂのセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂから送信されたセンサ信号を区別して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４Ａ，４Ｂの電力受信部８Ａ，８Ｂへ動作電力をワイヤレスで送信する給電電力送信部１２とを備えている。
センサ信号送信部９Ａ，９Ｂとセンサ信号受信部１３間、および給電電力送信部１２と動作電力受信部８Ａ，８Ｂ間の送受は、電磁波による行うものであっても、また光波、赤外線、超音波によるもの、あるいは磁気結合により行うものであっても良い。

ワイヤレス送信するセンサ信号と給電電力の周波数は互いに異なる周波数とされ、複数設けられる各センサ信号も、互いに異なる周波数とされる。ここでは、給電電力の周波数をｆ₁ とし、各センサ信号の周波数をｆ₂ ，ｆ₃ としている。

電源監視部７は、センサ部６Ａ，６Ｂおよびセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂに給電する電源電圧の大きさを測定することで、給電電力を監視する。この電源電圧の測定は、受信電力を直流電力に変換した後の電圧について行われる。電源監視部７は、電源電圧が所定の閾値以上のときに、所定の正常報知信号をセンサ信号に重畳してセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂに送信させ、閾値未満になったときに、正常報知信号の信号送信を停止する。正常報知信号が停止したときは、その受信側で供給電力が異常であると判定する。なお、閾値を超えるか閾値以下であるによって上記の正常報知信号の重畳と停止とを切り換えても良い。いずれの場合も、上記閾値は、センサ部６Ａ，６Ｂおよびセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂが正常動作をする最低電圧よりも高い値に設定する。

なお、電源監視部７は、電源電圧の大きさをセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂに送信させるものとし、センサ信号受信部１３側で給電電力の良否判定を行わせるようにしても良い。電源電圧が正常なときに正常報知信号を送信し、異常時に正常報知信号を止めることで、給電電力不足とセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂの異常を監視することができる。

電源監視部７が正常に動作する最低電圧は、センサ部６Ａ，６Ｂおよびセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂの正常動作に必要な最低電圧よりも低い方が望ましい。電源部１０にキャパシタや２次電池を搭載しているときは、その電力で電源監視部７を機能させても良い。

センサ信号受信機５には、電源電圧が閾値未満（または閾値以下）となったときに、給電電力送信部１２の送信電力を大きくし、電源電圧が閾値を超え（または閾値以上）となったときに送信電力を通常の大きさに戻す監視対応電力制御手段１４を設けることが好ましい。送信電力を通常の大きさに戻す閾値は、送信電力を大きくする閾値よりも低い値に設定しても良い。これにより頻繁な電力切換が回避される。

センサ信号受信機５等において、電源電圧が閾値以下または未満となって送信電力を大きくしても給電電力が回復しないときに、回復するまで所定の異常処理を行う異常時処理手段１５を設けても良い。
また、送信電力を大きくしてから所定時間経過しても給電電力が回復しないときに、ワイヤレスセンサユニット４Ｂ，４Ｂの故障と判定し、故障の告知を行う故障告知手段１６を設けても良い。

この構成のワイヤレスセンサシステムによると、このように、センサ部６Ａ，６Ｂおよびセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂに駆動電力を給電する電源部１０の給電電圧が、電源監視部７によって監視されるため、給電異常を知らせることで、センサ部６Ａ，６Ｂの誤動作や、ワイヤレスセンサシステムの誤動作を防ぐことができる。また、電源部１０の駆動電力を監視するため、給電不良によるセンサ部６Ａ，６Ｂの電源異常、およびセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂの電源異常を共に検出することができ、別々に異常検出手段を設ける場合に比べて簡素な構成にできる。また、監視の結果、給電不良の場合に給電用の送信電力を大きくするように制御することで、大電力を常時送信する必要がなくなり、ワイヤレスセンサシステムの消費電力を小さくすることができる。

つぎに、この実施形態のワイヤレスセンサシステムを適用したワイヤレスセンサ付軸受装置の一例を図２と共に説明する。複数の軸受５１，５２にワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂがそれぞれ搭載さており、１つのセンサ信号受信機５が、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂにワイヤレスで給電およびセンサ信号の受信を行う。上記複数の転がり軸受５１，５２は、機械設備５３の各部に設置されたものである。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、上記軸受５１，５２によって回転自在に指示されている。軸受５１，５２は、転がり軸受であって、内輪５４，外輪５５との間に転動体５６を介在させ、シール５８を設けたものである。各転動体５６は、保持器５７に保持されている。

各軸受５１，５２に設置されたワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂのうちの一つのワイヤレスセンサユニット４Ａのセンサ部６Ａは回転センサとされ、他の軸受５２に設置されたワイヤレスセンサユニット４Ｂのセンサ部６Ｂは、回転以外の検出対象を検出するセンサ、例えば、温度センサ、振動センサ、荷重センサ、トルクセンサ、軸受の予圧センサ等である。これらのセンサを取付けて軸受５１，５２の状態を検出することで、軸受５１，５２の故障診断や工場ライン監視等に使用することができる。

回転センサとなるセンサ部６Ａは、パルサリング１７と、それに対向して取付けられている磁気センサ１８とで構成される。パルサリング１７は、円周方向に磁極が並ぶ多極に磁化された磁石、またはギヤー状の凹凸を施した磁性体リングなど、周方向に周期的な変化を有するものである。磁気センサ１８が、パルサリング１７の周方向の周期的な磁気的変化を検出して、内輪５４と外輪５５の相対回転を検出し、回転信号を出力する。この回転信号はパルス列である。磁気センサ１８は磁界センサであり、磁気抵抗素子型センサ（「ＭＲセンサ」と呼ばれる）以外に、ホール素子型センサ、フラックスゲート型磁界センサ、ＭＩセンサ等のアクティブ磁界センサを使用することができる。磁気センサ１８は、パルサリング１７の周方向の磁気的変化の周期に対して位相が略９０°離れたところに２ヵ所配置して、位相が略９０°異なる回転信号を送信するものとしても良い。この２つの回転信号により、軸５９の回転方向検出が可能になる。

磁気センサ１８は、磁気抵抗素子型の磁界センサであることが好ましい。磁気抵抗素子型磁界センサは、抵抗値を大きくすることで、消費電力を小さくすることができるので、ワイヤレス給電を行うには有利である。

この構成の場合、図１の電源監視部７は、電源電圧の所定の大きさを測定することで、給電電力を監視する。電源監視部７は、電源電圧が所定の閾値以上のときに、所定の電源電圧信号をセンサ信号に重畳してセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂに送信させ、閾値未満になったときに、電源電圧信号の信号送信を停止する。電源電圧信号が停止したときは、その受信側で供給電力が異常であると判定する。なお、電源監視部７は、電源電圧の大きさをセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂに送信させるものとし、センサ信号受信部１３側で給電電力の良否判定を行わせるようにしても良い。電源電圧が正常なときに電源電圧信号を送信し、異常時に電源電圧信号を止めることで、給電電力不足とセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂの異常を監視することができる。

監視対応電力制御手段１４は電源電圧が閾値未満（または閾値以下）となったときに、給電電力送信部１２の送信電力を大きくし、電源電圧が閾値を以上となった（または閾値を超えた）ときに送信電力を通常の大きさに戻す。送信電力を大きくしても給電電力が回復しないときは、回復するまで、異常処理手段１５により所定の異常処理を行う。また、送信電力を大きくしてから所定時間経過しても給電電力が回復しないときは、故障告知手段１６によりワイヤレスセンサユニット４Ｂ，４Ｂの故障と判定し、故障の告知を行う。

この構成のワイヤレスセンサシステムによると、このように、センサ部６Ａ，６Ｂおよびセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂに駆動電力を給電する電源部１０の給電電圧が、電源監視部７によって監視されため、給電異常を知らせることで、センサ部６Ａ，６Ｂの誤動作や、ワイヤレスセンサシステムの誤動作を防ぐことができる。また、電源部１０の駆動電力を監視するため、給電不良によるセンサ部６Ａ，６Ｂの電源異常、およびセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂの電源異常を共に検出することができ、別々に異常検出手段を設ける場合に比べて簡素な構成にできる。また、監視の結果、給電不良の場合に給電用の送信電力を大きくするように制御することで、大電力を常時送信する必要がなくなり、ワイヤレスセンサシステムの消費電力を小さくすることができる。

ワイヤレスセンサ付軸受装置によると、このように、センサ部６Ａ，６Ｂによって、軸受５１，５２の知能化を図り、またワイヤレス化によって配線系の簡素化を図りながら、センサ部６Ａ，６Ｂやセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂの給電異常を認識できて、ワイヤレスセンサシステムの誤動作防止、電力使用の節減が図れ、しかもこれら誤動作防止等のための構成が簡素なもので済む。

図３は、このワイヤレスセンサシステムを車輪用軸受装置に適用した実施形態を示す。この車輪用軸受装置３３は、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る。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４Ａが設置されている。図１における他のワイヤレスセンサユニット４Ｂは、省略されても良く、また車輪用軸受装置３３とは別に、例えば、車輪にタイヤ空気圧検出用として設置しても良い。
ワイヤレスセンサユニット４Ａは、センサ部６Ａを構成する一つのセンサとして回転センサ６Ａａを有している。この回転センサ６Ａａは、パルサリング１７と、それに対向して取付けられている磁気センサ１８とで構成される。パルサリング１７は、円周方向に磁極が並ぶ多極に磁化された磁石、またはギヤー状の凹凸を施した磁性体リングなど、周方向に周期的な変化を有するものである。磁気センサ１８が、パルサリング１７の周方向の周期的な磁気的変化を検出して、内方部材２と外方部材１の相対回転を検出し、回転信号を出力する。この回転信号はパルス列である。磁気センサ１８は磁界センサであり、磁気抵抗素子型センサ（「ＭＲセンサ」と呼ばれる）以外に、ホール素子型センサ、フラックスゲート型磁界センサ、ＭＩセンサ等のアクティブ磁界センサを使用することができる。磁気センサ１８は、パルサリング１７の周方向の磁気的変化の周期に対して位相が略９０°離れたところに２ヵ所配置して、位相が略９０°異なる回転信号を送信するものとしても良い。この２つの回転信号により、車輪の回転方向検出が可能になる。

ワイヤレスセンサユニット４Ａは、回路ボックス部２４とセンサ設置部２３とが一体化されてユニットとなったものであり、回路ボックス部２４は外方部材１の外面に設置されている。センサ設置部２３は、外方部材１に設けられた径方向の孔を通って軸受内空間に臨んでいる。回路ボックス部２４内に、図１の電力受信部８Ａやセンサ信号送信部９Ａで構成される通信機能部、電源部１０、および電源監視部７が設けられ、センサ設置部２３に上記磁気センサ１８が設置されている。センサ設置部２３に、上記センサ部６Ａを構成する他のセンサとして、回転以外の別の情報を検出するセンサ２２が設置されている。このセンサ２２は、温度センサ、振動センサ、荷重センサ、予圧センサ等である。

センサ信号受信機５は、車体側に取付けられる。例えば車体のタイヤハウス内等に取付けられる。センサ信号受信機５で受信したセンサ信号は、車体に設けられた車両全体を制御する電気制御ユニット（ＥＣＵ）に送られ、各種制御や異常監視などに使用される。
回転センサ６Ａａは、パルサリング１７と磁気センサ１８とで回転を検出し、ワイヤレスで給電しているので、Ｏ速まで回転を検出することができ、アンチロックブレーキシステムやトラクションコントロール等に使用することができる。回転方向を検出することで、ヒルホールドコントロール、例えば上り動作時の後退検出やその逆の検出に対応する制御等に使用することができる。
他のセンサ２２により、荷重センサや温度センサなど、回転以外の検出も行うことで、軸受のインテリジェント化ができ、軸受の故障診断や各種自動制御に使用することができる。

電源監視部７は、電源電圧の大きさを測定することで、給電電力を監視する。監視対応電力制御手段１４は、電源電圧が閾値未満（または閾値以下）となったときに、給電電力送信部１２の送信電力を大きくし、電源電圧が閾値を超え（または閾値以上）となったときに送信電力を通常の大きさに戻す。送信電力を大きくしても給電電力が回復しないときは、回復するまで、異常時処理手段１５により所定の異常処理を行う。例えば、アンチロックブレーキシステムでは、そのアンチロックブレーキ機能を休止し、通常ブレーキ動作を行わせるようにする。
また、送信電力を大きくしてから所定時間経過しても給電電力が回復しないときは、故障告知手段１６によりワイヤレスセンサユニット４Ｂ，４Ｂの故障と判定し、故障の告知を行う。

このように、電源電圧を測定して給電電力を監視し、給電異常を知らせることで、センサ部６Ａの誤動作を防ぐことができる。また、給電電力信号を送信することで、給電用の送信電力をコントロールするとこことができるので、大電力を常時送信する必要が無くなり、ワイヤレスセンサシステムの消費電力を小さくすることができる。このことは、燃費の向上につながる。

図４は、このワイヤレスセンサシステムを他の形式の車輪用軸受装置３３に適用した例を示す。この車輪用軸受装置３３は、第３世代型のものであり、内方部材２が、ハブ輪２Ａと、その一端の外周に嵌合した内輪２Ｂとで構成され、ハブ輪２Ａおよび内輪２Ｂの外周に、内方部材２側の各列の軌道面が形成されている。等速ジョイント１５は、その外輪１５ａに設けられた軸部がハブ輪２Ａ内に挿通され、ハブ輪２Ａにナットで結合されている。
ワイヤレスセンサユニット４Ａは、外方部材１の端部に取付けられている。ワイヤレスセンサユニット４Ａのセンサ部６Ａは、回転センサ６Ａａで構成され、内方部材２に取付けられたセパルサリング１７と、このパルサリング１７に対向して設けられた磁気センサ１８を有する。パルサリング１７は、多極の磁石等からなる。パルサリング１７は、外方部材１と内方部材２の間の軸受空間を密封するシールの構成部品に設けられている。磁気センサ１８は、磁気抵抗型センサまたはホール素子型センサ等が用いられる。その他の構成は図３に示す例と同様である。

図５は、このワイヤレスセンサシステムをさらに他の形式の車輪用軸受装置３３に適用した例を示す。この車輪用軸受装置３３は、第３世代型の従動輪用のものである。この例では、軸受端部を覆うカバー２５に、ワイヤレスセンサユニット４Ａが取付けられている。ワイヤレスセンサユニット４Ａは、センサ部６Ａとして、パルサリング１７と磁気センサ１８とからなる回転センサ６Ａａを有している。カバー２５に設けられた孔に磁気センサ１８を有するセンサ部６Ａの先端が挿入され、回路ボックス２４がカバー２５の外面に設置されている。この実施形態における他の構成は、図４に示す例と同様である。なお、内輪２Ｂはハブ輪２Ａの端部をかしめて形成されたかしめ部１００により、ハブ輪２Ａと結合されている。

図６は、この発明のさらに他の実施形態におけるワイヤレスセンサユニットを示す。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４Ａが、センサ部６Ａとして発電機能を有する回転センサ６Ａｂを有し、上記電源部１０が、回転センサ６Ａｂの発電した電力を用いるものとしている。同図においては、発電機となるセンサ部６Ａｂとは別のセンサ部６Ａｃを設けているが、センサとして発電型の回転センサのみを持つものであっても良い。なお、電源部１０は、同図に破線で示すように電力受信部８Ａを有するものとし、回転センサ６Ａｂの発電した電力と、電力受信部８Ａの受信電力とを併用するものとしても良い。電源部１０はキャパシタ２７を有している。電源監視部７は、この電源部１０の給電電圧を監視するものとされる。その他の構成は、図１に示す実施形態と同様である。
この構成のように、回転センサ６Ａｂの発電した電力を用いるものである場合であっても、ワイヤレスセンサユニット４Ａの電源部１０の電圧を監視する電源監視部７を設けることで、センサ部６Ａｂ，６Ａｃの電源異常、およびセンサ信号送信部９Ａの電源異常を共に検出することができ、別々に異常検出手段を設ける場合に比べて簡素な構成にできる。

図７は、この発電型の回転センサ６Ａｂをワイヤレスセンサユニット４Ａに用いた車輪用軸受装置３３の一例を示す。この車輪用軸受装置３３は、図４に示す第３世代型のものにおいて、その回転センサ６Ａｂを発電型としたものである。回転センサ６Ａｂにおけるパルサリング１７は、図４に示す多極磁石型のものであるが、磁気センサ１８が、コイルおよびコアにより構成され、パルサリング１７と磁気センサ１８との相対回転で発電を行うものとされる。その他の構成は図４に示す例と同じである。

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。

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念構成を示すブロック図である。 同ワイヤレスセンサシステムを適用した軸受装置の例を示す断面図である。 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一例を示す断面図である。 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他の例を示す断面図である。 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さらに他の例を示す断面図である。 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ワイヤレスセンサユニットを示すブロック図である。 同実施形態の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一例を示す断面図である。

符号の説明

１…外方部材
２…内方部材
４Ａ，４Ｂ…ワイヤレスセンサユニット
５…センサ信号受信機
６Ａ，６Ｂ…センサ部
７…電源監視部
８Ａ，８Ｂ…電力受信部
９Ａ，９Ｂ…センサ信号受信部
１０…電源部
１１…電源回路
６Ａｂ…発電型の回転センサ

Claims (11)

1. 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ワイヤレス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に駆動電力を給電する電源部とを有する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を備えたワイヤレスセンサシステムにおいて、上記電源部の電圧を監視する電源監視部を設けたことを特徴とするワイヤレスセンサシステム。
2. 請求項１において、上記電源部は、給電電力送信部からワイヤレスで送信された駆動電力を受信する電力受信部を有するものであるワイヤレスセンサ。
3. 請求項２において、上記電源監視部を、監視結果情報を上記センサ信号送信部より送信させるものとしたワイヤレスセンサシステム。
4. 請求項３において、上記電源監視部の監視結果情報に応じて上記給電電力送信部の送信電力を調整する監視対応制御手段を設けたワイヤレスセンサシステム。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれかにおいて、上記給電電力送信部は、上記センサ信号受信部を有するセンサ信号受信機に設けられたものであるワイヤレスセンサシステム。
6. 請求項２ないし請求項５のいずれかにおいて、上記電源監視部は、上記電力受信部の受信電力を直流電力に変換した後の電圧を監視するものとしたワイヤレスセンサシステム。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかにおいて、上記センサ信号送信部は、電源監視部により監視した電圧が所定の閾値以上または閾値を超えるときに所定の正常報知信号を送信し、閾値未満または閾値以下のときに正常報知信号の送信を中止するものとしたワイヤレスセンサシステム。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかにおいて、上記センサ部として発電機能を有する回転センサを有し、上記電源部が上記回転センサの発電した電力を用いるものであるワイヤレスセンサシステム。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のワイヤレスセンサシステムにおけるワイヤレスセンサユニットを軸受に搭載したワイヤレスセンサ付軸受装置。
10. 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において、
    請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のワイヤレスセンサシステムにおけるワイヤレスセンサユニットを装備したことを特徴とするワイヤレスセンサ付車輪用軸受装置。
11. 請求項１０において、ワイヤレスセンサユニットにおけるセンサ部が、上記外方部材と内方部材との間の回転を検出する回転センサを有するものであるワイヤレスセンサ付車輪用軸受装置。
    

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