JP2007164811A - Wireless sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械、産業機械、車両などに用いられる軸受や直動装置など相対運動する部位に組込まれ、検出対象を検出して無線で出力するワイヤレスセンサに関する。 The present invention relates to a wireless sensor that is incorporated in a part that relatively moves, such as a bearing or a linear motion device used in a machine tool, an industrial machine, a vehicle, and the like, and detects a detection target and outputs it wirelessly.
自動車や鉄道車両など車両の車軸である回転軸を支持する軸受や、加工機や組立装置など産業機械に適用されるボールねじやリニアガイドなどの直動装置及び軸受は、運動することによって振動を生じたり、摩擦によって発熱したりする。これらの振動や温度は軸受や直動装置の寿命に影響する。したがって、特に装置の内部などの点検が難しい部分に取り付けられている軸受や直動装置については、汎用品である振動センサや温度センサを予め別途用意し、それを必要に応じて対象となる部位に取り付け、検出信号を信号線で出力している。振動センサや温度センサが電力を必要とするものである場合、電力を給電線により供給している。 Bearings that support rotating shafts, which are the axles of vehicles such as automobiles and railway vehicles, and linear motion devices and bearings such as ball screws and linear guides that are applied to industrial machines such as processing machines and assembly equipment, vibrate by movement. It generates or generates heat due to friction. These vibrations and temperatures affect the life of bearings and linear motion devices. Therefore, especially for bearings and linear motion devices that are attached to parts that are difficult to inspect, such as the inside of the device, a general-purpose vibration sensor or temperature sensor is prepared separately, and the target parts are provided as necessary. The detection signal is output via a signal line. When the vibration sensor or the temperature sensor requires electric power, the electric power is supplied through a feeder line.
また、転がり軸受にワイヤレスセンサを設け、このセンサに電力を一次電池により供給し、検出信号を電波で送信するようにすることが、本発明者により試みられている。 Further, the present inventor has attempted to provide a wireless sensor on the rolling bearing, supply electric power to the sensor by a primary battery, and transmit a detection signal by radio waves.
信号線で検出信号を出力すると、安定した出力信号が得られる。給電線で電力を供給すると、安定した電力の供給が得られる。また、信号線と給電線は、通常1つに束ねられた多芯ケーブル(以下、ケーブルと省略して記す)にして使用されることが多い。しかしながら、ケーブルが接続されたセンサは、軸受の回転側に直接取り付けることができない。また、ケーブルが接続されたセンサを直動装置の可動体に取り付けると、ケーブルが繰り返し屈曲され、断線することがある。 When a detection signal is output through the signal line, a stable output signal can be obtained. When power is supplied through the feeder line, stable power supply can be obtained. In many cases, the signal line and the power supply line are usually used as a multicore cable (hereinafter abbreviated as a cable) bundled together. However, the sensor to which the cable is connected cannot be directly attached to the rotating side of the bearing. Moreover, when the sensor connected with the cable is attached to the movable body of the linear motion device, the cable may be repeatedly bent and disconnected.
ワイヤレスセンサは、予め設定された閾値を超えたときに電波を出力するようにすることで消費電力を少なくし、一次電池を備えることで比較的長期間使用することが可能である。しかし、閾値を超える振動が長時間出力されるなどによって電力を消耗するので、一次電池は、いずれ交換しなければならない。 A wireless sensor reduces power consumption by outputting radio waves when a preset threshold value is exceeded, and can be used for a relatively long period of time by including a primary battery. However, since the power is consumed due to, for example, the vibration exceeding the threshold being output for a long time, the primary battery must be replaced.
また、検出対象となるものを継続的に検出するためには、安定した電源が必要である。動力源の回転軸のように安定した回転速度が得られる場所に設けられる軸受では、面対向発電機を備えることでセンサに安定した電力が供給されるが、加工機や組立装置などの産業機械に設けられている軸受或いはボールねじやリニアガイドなどの直動装置は、速度が変動したり断続的に動いたりするため、安定した電力を供給することが難しい。 In addition, a stable power source is necessary to continuously detect the detection target. In bearings provided in places where a stable rotational speed can be obtained, such as a rotating shaft of a power source, a stable electric power is supplied to the sensor by providing a face-to-face generator, but industrial machines such as processing machines and assembly equipment A linear motion device such as a bearing or a ball screw or a linear guide provided in the motor is difficult to supply a stable power because the speed fluctuates or moves intermittently.
そこで、本発明は、安定した電力を供給可能な電源装置を備え、検出した信号を無線で出力するワイヤレスセンサを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a wireless sensor that includes a power supply device capable of supplying stable power and outputs a detected signal wirelessly.
本発明に係るワイヤレスセンサは、検出部と制御部と送信部と電源装置とを備える。検出部は、検出対象を検出する。制御部は、検出部の検出信号を処理する。送信部は、制御部に制御されて出力を無線で送信する。電源装置は、検出部と制御部と送信部とに電力を供給する。この電源装置は、発電機と蓄電部と充電回路とを具備する。発電機は、コイルおよびこのコイルを通る磁束を変化させる磁束変動手段を有する。蓄電部は、発電機によって発電された電気を蓄電して放出する。充電回路は、蓄電部の蓄電および放電を制御する。 A wireless sensor according to the present invention includes a detection unit, a control unit, a transmission unit, and a power supply device. The detection unit detects a detection target. The control unit processes the detection signal of the detection unit. The transmission unit is controlled by the control unit to transmit the output wirelessly. The power supply device supplies power to the detection unit, the control unit, and the transmission unit. The power supply device includes a generator, a power storage unit, and a charging circuit. The generator has a coil and magnetic flux variation means for changing the magnetic flux passing through the coil. The power storage unit stores and discharges electricity generated by the generator. The charging circuit controls power storage and discharging of the power storage unit.
本発明に係る他のワイヤレスセンサは、検出部と制御部と送信部と電源装置とを備える。検出部は、検出対象を検出する。制御部は、検出部の検出信号を処理する。送信部は、制御部に制御されて出力を無線で送信する。電源装置は、検出部と制御部と送信部とに電力を供給する。この電源装置は、発電機と蓄電部と充電回路とを具備する。発電機は、熱発電素子を有する。蓄電部は、発電機によって発電された電気を蓄電して放出する。充電回路は、蓄電部の蓄電および放電を制御する。 Another wireless sensor according to the present invention includes a detection unit, a control unit, a transmission unit, and a power supply device. The detection unit detects a detection target. The control unit processes the detection signal of the detection unit. The transmission unit is controlled by the control unit to transmit the output wirelessly. The power supply device supplies power to the detection unit, the control unit, and the transmission unit. The power supply device includes a generator, a power storage unit, and a charging circuit. The generator has a thermoelectric generator. The power storage unit stores and discharges electricity generated by the generator. The charging circuit controls power storage and discharging of the power storage unit.
発電機と蓄電部を具備した発電装置で検出部と制御部と送信部に電力を供給することで、部品交換の頻度が少なく、かつ電力を安定して供給できるワイヤレスセンサとすることができる。 By supplying electric power to the detection unit, the control unit, and the transmission unit with a power generation device including a generator and a power storage unit, a wireless sensor that can supply power stably with less frequency of component replacement can be obtained.
本発明の第1の実施形態のワイヤレスセンサ1について、図1及び図2を参照して説明する。図1に示すスライドテーブル2は、ボールねじ3を備えている。ボールねじ3のねじ軸4の両端部は、ベース5に固定された軸受6によって、回転自在に支持されている。このねじ軸4の片端には、駆動部となるモータ7がカップリング8によって連結されている。テーブル9は、ボールねじ3のナット10に固定されており、ねじ軸4が回転することで、軸方向に滑らかに移動する。
A
ナット10には、ワイヤレスセンサ1が取り付けられている。このワイヤレスセンサ1は、検出対象の一例であるボールねじ3の振動を検出する検出部11と、この検出部11によって検出された信号を処理する制御部12と、その結果に基づき制御部12に制御されて電波Rを無線出力する送信部としての発信装置13とを備えている。
A
また、図2のブロック図で示すようにこのワイヤレスセンサ1は、検出部11と制御部12と発信装置13のそれぞれに電力を供給する電源装置14を備えている。この電源装置14は、発電機である光電変換体、例えば太陽電池15と、蓄電部である二次電池16とを備えている。太陽電池15と二次電池16の間には、二次電池16に溜まった電気が逆流しないように設けられるダイオードや二次電池16への過充電防止機能などを備えた充電回路17が設けられている。なお、図2における太線の実線は電力供給経路を示し、細線の実線は信号経路を示している。
As shown in the block diagram of FIG. 2, the
ワイヤレスセンサ1に光が当たると、太陽電池15によって発電され、検出部11と制御部12と発信装置13に電力が供給されるとともに、その余剰分が二次電池16に蓄えられる。そして、二次電池16の容量が一杯になると、充電回路17によって過充電が防止される。また、ワイヤレスセンサ1に当たる光が弱まり、太陽電池15の出力が低下すると、二次電池16に蓄えられた電力が放出されて検出部11と制御部12と発信装置13に電力が供給される。発電機として太陽電池15を採用しているので、光量が不足して電力が不足する場合には、外部から光を照射することで容易に補うことが可能である。
When the light hits the
このように、ワイヤレスセンサ1の電源装置14に発電機である太陽電池15を備えているので、電池切れによる部品の交換が不要である。また、電源装置14に太陽電池15とともに二次電池16を具備しているので、ナット10に当たる光量が多少変化しても検出部11と制御部12と発信装置13に安定した電力を供給することができる。
Thus, since the
次に、本発明の第2の実施形態のワイヤレスセンサ21について、図3及び図4を参照して説明する。図3に示す軸受22は、外輪23がハウジング24と嵌合し、内輪25が回転軸26の中ほどに嵌合している。また、外輪23の端部27の一部には、凹部28が設けられており、ワイヤレスセンサ21が取り付けられている。
Next, a
図4のブロック図に示すようにワイヤレスセンサ21には、検出対象の一例である温度を検出する検出部29と、この検出部29によって検出された信号を処理する制御部30と、その結果に基づいて制御部30に制御されて音、例えば超音波Wを無線出力する送信部としての発信装置31とを備えている。また、ワイヤレスセンサ21は、検出部29と制御部30と発信装置31のそれぞれに電力を供給する電源装置32を備えている。この電源装置32は、電磁誘導の原理により磁束の変化(誘導起電力)で発電する発電機33と、発電された電気を一次的に蓄える蓄電部である二次電池34と、充電回路35を備えている。この充電回路35は、発電機33で発電された電気を二次電池34に充電できるように直流に変換するとともに、二次電池34への過充電防止機能を備えている。なお、図4における太線の実線は電力供給経路を示し、細線の実線は信号経路を示している。
As shown in the block diagram of FIG. 4, the
発電機33は、軸受22の外輪23に固定されている起電部36とその誘導体となる内輪25に固定されている歯車37を備えている。なお、この歯車37は、内輪25と一体に設けられていてもよい。また、ワイヤレスセンサ21を内輪25に取り付ける場合は、起電部36を内輪25に、歯車37を外輪23にそれぞれ取り付ける。なお、歯車37は、装置の一部として設けられている歯車であってもよいし、専用に設けられた歯車であってもよい。起電部36は、歯車37の半径方向に配置されたポールピース39と、ポールピース39に巻かれたコイル40と、ポールピース39を介して歯車37と反対側に取り付けられた磁石41を備えている。なお、ポールピース39は、磁束を誘導する部材、例えば鉄を主成分とする部材、好ましくは強磁性体からなる棒状の部品とするとよい。歯車37、ポールピース39、磁石41は、コイル40の中を通る磁束を変化させる磁束変動手段の一例である。
The
したがって、回転軸26が回ると歯車37の歯面37aがポールピース39に近付いたり離れたりすることでポールピース39を通る磁束が変化し、ポールピース39に巻かれたコイル40に誘導起電力が発生することで発電される。誘導起電力で発電された電気は、通常交流であるので、充電回路35で直流に変換した後、検出部29と制御部30と発信装置31に供給するとともに、二次電池34に蓄えられる。
Therefore, when the rotating
二次電池34に蓄えられた電気は、回転軸26の回転速度が遅くなって発電機33の出力が不足したときや、停止して発電がなされていないときに放出され、検出部29と制御部30と発信装置31に電力が供給される。
The electricity stored in the
このように、電源装置32に誘導励起型の発電機33を備えることで、一次電池を備えなくてもワイヤレスセンサ21に電力を供給することができる。また、二次電池34を備えているので、回転軸26の回転数が低下したり停止したりした場合でも、途切れることなく安定した電力を供給することができる。
Thus, by providing the
次に、本発明の第3の実施形態のワイヤレスセンサ51について、図5及び図6を参照して説明する。図5に示す加振装置52は、リニアガイド53と油圧シリンダ54を備えている。油圧シリンダ54は、リニアガイド53のベアリング55の上に取り付けられたテーブル56と連結されており、ピストン57の伸縮によりテーブル56をリニアガイド53に沿って往復移動させる。
Next, a
テーブル56には、ワイヤレスセンサ51が取り付けられている。このワイヤレスセンサ51は、テーブル56に乗せた試験体58に働く加速度の変化を計測するために、検出対象の一例である圧力または歪みを検出する検出部59を備えている。また、図6のブロック図に示すようにワイヤレスセンサ51は、検出部59で検出された信号を処理する制御部60と、その結果に基づいて制御部60に制御されて光、例えば赤外線Pを無線出力する送信部としての発信装置61と、検出部59と制御部60と発信装置61に電力を供給する電源装置62及び一次電池63を備えている。電源装置62は、発電機である熱発電素子64と、発電された電気を一次的に蓄える蓄電部である二次電池65と、充電回路66を備えている。熱発電素子64は、温度差によって直接発電する、いわゆる、ゼーベック効果により発電する素子である。充電回路66は、二次電池65に蓄えられた電気の逆流を防止するダイオードや二次電池65への過充電防止機能を備えている。また、制御部60は、二次電池65に蓄電されている電力量を知るために、信号線69で二次電池65の電圧を検出している。なお、図6における太線の実線は電力供給経路を示し、細線の実線は信号経路を示している。
A
電源装置62と一次電池63は、並列に設けられており、制御部60によって制御される第1のスイッチ67と第2のスイッチ68によって負荷側への接続がそれぞれ切り換えられる。熱発電素子64が充分な電力を供給可能なときは、第1のスイッチ67を閉状態、第2のスイッチ68を開状態にして、負荷としての検出部59と制御部60と発信装置61に電力を供給するとともに、余剰電力を二次電池65に蓄電する。外気の温度の変化や電力消費側の負荷によって、熱発電素子64の起電力が変動する場合があるが、二次電池65に蓄電した電気が放出されることで安定した電力が供給される。
The
また、熱発電素子64に生じる温度差が小さい場合や、消費電力が大きくて電源装置62の電力が不足する場合は、第1のスイッチ67と第2のスイッチ68をともに閉状態にして、一次電池63で電力の不足分を補う。さらに、熱発電素子64に生じる温度差がほとんど無く、充分な電力が得られない場合は、第2のスイッチ68を閉状態にした後、第1のスイッチ67を開状態にして、一次電池63から電力を供給する。
Further, when the temperature difference generated in the
したがって、電源装置62によって検出部59と制御部60と発信装置61に電力が充分供給されている場合、第2のスイッチ68が開状態であるので、一次電池63は、電力の消耗が抑制されて寿命が延びる。また、電池容量の小さい一次電池でも対応可能であるため、ワイヤレスセンサ51をさらに小型化することができる。
Therefore, when power is sufficiently supplied to the
このように、熱発電素子64と二次電池65を備えた電源装置62を一次電池63と併用することで、検出部59と制御部60と発信装置61にさらに安定した電力を供給することができる。なお、図6において第1のスイッチ67と第2のスイッチ68は、ともに閉状態で記されているが、それぞれ制御部60によって励起されて開状態になる、いわゆるb接点スイッチであって、制御部60に電力を常に供給するために、第1のスイッチ67または第2のスイッチ68の少なくともいずれか一方が常に閉状態であるようにそれぞれ開閉作動する。また、第1のスイッチ67及び第2のスイッチ68は、メカニカルな接点だけでなくトランジスタやFET(Field Effect Transistor)などの半導体スイッチでもよい。
As described above, by using the
第1の実施形態から第3の実施形態において、ボールねじ3、軸受22、加振装置52にそれぞれワイヤレスセンサ1,21,51を適用して説明したが、加振装置52に適用されたリニアガイド53などの直動装置にワイヤレスセンサ1,21,51を取り付けて使用してもよい。
In the first to third embodiments, the
また、第1の実施形態から第3の実施形態において、ボールねじ3や軸受22または加振装置52が断続的に回転や移動を繰り返す場合は、ワイヤレスセンサ1,21,51の電源装置14,32,62の発電部に、錘(慣性体)の回転運動或いは揺動運動をギヤで増幅して発電ロータを回転させ、コイルに誘導起電力を発生させるいわゆる運動エネルギー変換式発電機を用いてもよい。
In the first to third embodiments, when the
また、第1の実施形態の発電機は太陽電池15、第2の実施形態の発電機は電磁誘導による発電機33、第3の実施形態の発電機は熱発電素子64としたが、本発明を実施する上での一形態であるので、ワイヤレスセンサの使用状況に応じて太陽電池、電磁誘導による発電機、熱発電素子、運動エネルギー変換式発電機を単独で、或いは組合せて、さらには一次電池と併用して設けてもよい。また、蓄電部は二次電池16,34,65としたが、コンデンサで置き換えることも可能である。
The generator of the first embodiment is the
第1の実施形態の検出部11は振動を、第2の実施形態の検出部29は温度を、第3の実施形態の検出部59は圧力または歪みを検出するものとしたが、本発明を実施する上での一形態であるので、それぞれの検出部11,29,59は、用途目的に合わせて振動、温度、圧力、歪み、湿度、速度、角度などを検出できるように単独で、或いは組合せて設けてもよい。
The
さらに、第1の実施形態の送信部は電波Rで無線出力する発信装置13、第2の実施形態の送信部は超音波Wで無線出力する発信装置31、第3の実施形態の送信部は赤外線Pで無線出力する発信装置61としたが、ワイヤレスセンサの使用状況や出力を受信する側の条件に対応した発信装置であればよいので、ワイヤレスセンサ1の発信装置が超音波Wで出力する発信装置31または赤外線Pで出力する発信装置61であってもよいし、ワイヤレスセンサ21の発信装置が、電波Rで出力する発信装置13または赤外線Pで出力する発信装置61であってもよいし、ワイヤレスセンサ51の発信装置が電波Rで出力する発信装置または超音波Wで出力する発信装置31であってもよい。
Furthermore, the transmission unit of the first embodiment is a
また、以上のようにワイヤレスセンサ1,21,51は、検出対象を無線で出力するので、有線で信号を取り出し難い軸受の静止側などにも適用することができるのでよい。
In addition, as described above, the
本発明に係る第4の実施形態のワイヤレスセンサ71について、図2、図7を参照して説明する。なお、第1から第3の実施形態のワイヤレスセンサ1,21,51と同じ構成要素は、同一の符号を付してその説明を省略する。
A
図7に示すワイヤレスセンサ71は、図2のブロック図に示す検出部11、制御部12、発信装置13、電源装置14の二次電池16及び充電回路17をセンサケース72に内蔵し、光電変換体の一例である太陽電池15と、アンテナ73をこのセンサケース72の外表面に取り付けて形成されている。太陽電池15は、検出部11と制御部12と発信装置13に十分な電力を供給できる面積であればよい。具体的には、図7の(A)のように例えば検出対象が測定される軸受を納めたハウジングHの取付部と接する設置面と反対側の面(上面)72tに取り付けてもよいし、図7の(B)のように設置面から立ち上がる面(側面)72sに取り付けてもよいし、図7の(C)のように設置面を除く全ての面72t,72sに取り付けてもよいし、光の当たる範囲に部分的に取り付けてもよい。このとき、太陽電池15は、各面に接着やねじ止めによって取り付ける。アンテナ73は、センサケース72を貫通して発信装置13に接続されている。なお、アンテナ73は、電波Rを好適に出力できる形態のものであればよいので、図7に示す棒状のアンテナ73以外にループ状や面状のアンテナであってもよく、取り付け位置もこのワイヤレスセンサ71を設置した周囲の環境に応じて変えてもよい。側面72sに取り付けられた棒状のもの以外のものであってもよい。ワイヤレスセンサ71の設置面の形状は、図7において平坦であるが、ハウジングHの取付部の形状に合わせて作られることが好ましい。また、ハウジングHへの取付方法は、図7のようにねじで固定するほか、ハウジングHの取付部が強磁性体である場合は、設置面に磁石を装着し、この磁石の吸着力によってワイヤレスセンサ71を被測定対象に固定してもよいし、接着剤で貼り付けてもよい。なお、センサケースの形状は、図7に示した箱形に限らず、円筒形、半球状のドーム形などでもよい。この場合、太陽電池は、センサケースの光が当たる範囲に取付けられる。
The
以上のように構成されたワイヤレスセンサ71は、太陽電池15で発電した電力のうち余剰電力を充電回路17によって二次電池16に充電する。そして、光量が低下したときに、二次電池16に蓄電されている電力を放電し、太陽電池15で発電される電力を補う。したがって、このワイヤレスセンサ71は、太陽電池15に常時必要十分な光量が得られる環境下では勿論のこと、光量が低下して太陽電池15が発電する電力が低下した場合にも、二次電池16から電力を補うことで、安定した電力を検出部11、制御部12、発信装置13に供給することができる。また、ワイヤレスセンサ71は、発信装置13と電源装置14を備えているので、電力供給のための電線と検出部で検出した信号の出力線がない。したがって、検出部11として検出対象の一例である振動、温度、移動速度、回転角度、圧力、歪、湿度などを検出するセンサ部のうち必要なものをセンサケース72にそれぞれ内蔵することにより、ワイヤレスセンサ71を被測定対象に取り付けるだけで所望する検出対象を検出し、その出力信号を得ることができる。
The
信号の伝播は、第1から第3の実施形態で説明したように、電波、赤外線を含む光、超音波を含む音波などを使用することができる。このとき、直接見通せる環境においては、電波や光が適しており、直接見通せないが障害物のない環境においては、電波が適している。また、音波は、障害物の有無に関わらず利用することができるので、大気中で信号を送る以外に、機械装置などの金属製の構造物を介して信号を送ったり、水中などの流体中で信号を送ったりすることができる。 As described in the first to third embodiments, signal propagation can use radio waves, light including infrared rays, sound waves including ultrasonic waves, and the like. At this time, radio waves and light are suitable in an environment where direct observation is possible, and radio waves are suitable in an environment where direct observation is possible but there are no obstacles. Sound waves can be used regardless of the presence or absence of obstacles, so in addition to sending signals in the atmosphere, signals can be sent through metal structures such as mechanical devices or in fluids such as underwater. Or send a signal.
複数のワイヤレスセンサ71を同時に使用する場合、検出した信号とともにワイヤレスセンサ71ごとに割り当てた識別情報を送信する。このように、複数のワイヤレスセンサ71を同時に管理することで、機械装置などの運転状態を総合的に監視することができる。
When a plurality of
本発明に係る第5の実施形態について、図8から図10を参照して説明する。なお、第1から第4の実施形態と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。図8に示すようにワイヤレスセンサ81は、直動装置の一例であるリニアガイド82に内蔵されている。リニアガイド82は、レール83とこのレール83に沿って移動するベアリング84を備えている。レール83は、レール83が延びる方向に沿って、側面にレール溝83aが形成されている。ベアリング84には、レール溝83aに対向して軌道溝84aが設けられている。レール83とベアリング84との間には、レール溝83aと軌道溝84aに転接する多数の転動体85が装填されている。転動体85は、ベアリング84に設けられた循環路86を通って循環する。
A fifth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the same structure as 1st-4th embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. As shown in FIG. 8, the
ワイヤレスセンサ81は、図9のブロック図に示すように検出部11と制御部12と発信装置13と電源装置14とを備えている。発信装置13は、電波Rを出力するアンテナ87を備えており、検出部11で検出された信号またはこの信号を制御部12で処理した情報をアンテナ87から送信する。電源装置14は、発電機88と充電回路17と二次電池16を備えている。発電機88は、図8に示すコイル89とポールピース90と多極磁石91を備える。コイル89は、ベアリング84に固定されている。ポールピース90は、コイル89に挿通されており、多極磁石91から出る磁力線をコイル89に誘導する。多極磁石91は、レール83の上面83bに取付けられ、レール83が延びる方向に沿ってN極91nとS極91sとを交互に着磁したものである。多極磁石91として、希土類磁石、フェライト磁石などを用いる。ポールピース90と多極磁石91は、コイル89の磁束を変動させる磁束変動手段の一例である。なお、多極磁石91は、図10に示す多極磁石93の着磁パターンでもよい。
As shown in the block diagram of FIG. 9, the
レール83に沿ってコイル89とポールピース90がベアリング84とともに移動すると、N極91nとS極91sを交互に通過するたびにコイル89を通る磁束の向きが反転する。これによりコイル89に交流の誘導電流が生じる。また、ベアリング84の動きが不規則である場合、発生する電力は、不安定である。そこで、充電回路17は、誘導電流を直流に変換し、検出部11と制御部12と発信装置13に供給するとともに、余剰電力を二次電池16に充電する。二次電池16に蓄電された電力は、検出部11と制御部12と発信装置13に電圧変動が少ない状態で供給される。
When the
発電機88は、図10に示すコイル92と多極磁石93でもよい。また、コイル92をはさんで多極磁石93と反対の位置となるベアリング84にバックヨーク94を取り付けると、多極磁石93の磁力線が効果的に誘導され、コイル92に発生する誘導電流が大きくなるのでよい。多極磁石93のN極93nとS極93sの磁極ピッチ幅mをそれぞれ均等にし、コイル92の捲回幅cを多極磁石93の磁極ピッチ幅m以下、好ましくは同じにすると誘導電流を効率よく発生させることができる。なお、図10に示す多極磁石93は、図8に示す多極磁石91の着磁パターンでもよいが、図8に示す多極磁石91よりも図10に示す多極磁石93の着磁パターンの方が磁束を有効に利用することができるので望ましい。
The
図8または図10において、1つのコイル89,92の発電量がワイヤレスセンサ81の消費電力に満たない場合、コイル89,92を複数設ける。複数のコイル89,92は、並列に接続することで電流を大きくし、直列に接続することで電圧を大きくすることができる。図8に示すコイル89とポールピース90とを複数設ける場合、ポールピース90の一端を一体に繋いで他端を多極磁石91に向けた櫛歯状のポールピースとしてもよい。この場合、櫛歯のピッチは、多極磁石91の磁極ピッチ幅mと同じとし、隣合うコイル89の捲回方向は、逆向きとするとよい。
8 or 10, when the power generation amount of one
第1から第5の実施形態で示したワイヤレスセンサ1,21,51,71,81において、信号を発信装置13,31,61から送信する場合、移動体通信手段、例えば携帯電話、PHS(Personal Handyphone System)、衛星電話などの公共回線を利用してもよい。このようにするとワイヤレスセンサ1,21,51,71,81から遠く離れた場所でも信号を受信しやすくなり、ワイヤレスセンサ1,21,51,71,81を1か所で集中管理することができるようになる。なお、信号が電波Rで出力される場合、信号は、発信装置から直接公共回線に送信してもよいし、発信装置13の近くに配置される受信装置などの中継器に一度送信し、そこから公共回線に送信するようにしてもよい。また、信号が赤外線Pや超音波Wで出力される場合、信号は、一度近くに配置される受信装置などの中継器を介してそこから公共回線に送信する。
In the
1,21,51,71,81…ワイヤレスセンサ、11,29,59…検出部、12,30,60…制御部、13,31,61…発信装置(送信部)、14,32,62…電源装置、15…太陽電池(発電機)、16,34,65…二次電池(蓄電部)、17,35,66…充電回路、33,88…発電機、37…歯車(磁束変動手段)、39,90…ポールピース(磁束変動手段)、40,89,92…コイル、41…磁石(磁束変動手段)、63…一次電池、64…熱発電素子(発電機)、91,93…多極磁石(磁束変動手段)、91n,93n…N極、91s,93s…S極、94…バックヨーク(磁束変動手段)、R…電波(無線)、W…超音波(無線)、P…赤外線(無線)。 1, 21, 51, 71, 81 ... wireless sensor, 11, 29, 59 ... detection unit, 12, 30, 60 ... control unit, 13, 31, 61 ... transmission device (transmission unit), 14, 32, 62 ... Power supply device, 15 ... solar cell (generator), 16, 34, 65 ... secondary battery (power storage unit), 17, 35, 66 ... charging circuit, 33, 88 ... generator, 37 ... gear (flux fluctuation means) , 39, 90... Pole piece (flux fluctuation means), 40, 89, 92... Coil, 41 .. magnet (flux fluctuation means), 63... Primary battery, 64 .. thermoelectric generator (generator), 91, 93. Polar magnet (magnetic flux fluctuation means), 91n, 93n ... N pole, 91s, 93s ... S pole, 94 ... back yoke (magnetic flux fluctuation means), R ... radio wave (wireless), W ... ultrasonic wave (wireless), P ... infrared ray (wireless).
Claims (4)
前記電源装置は、
コイルおよびこのコイルを通る磁束を変化させる磁束変動手段を有する発電機と、
前記発電機によって発電された電気を蓄電して放出する蓄電部と、
前記蓄電部の蓄電および放電を制御する充電回路と
を具備することを特徴とするワイヤレスセンサ。 A detection unit that detects a detection target, a control unit that processes a detection signal of the detection unit, a transmission unit that is controlled by the control unit and transmits an output wirelessly, the detection unit, the control unit, and the transmission unit And a power supply device for supplying power to
The power supply device
A generator having a coil and magnetic flux variation means for changing the magnetic flux passing through the coil;
A power storage unit that stores and discharges electricity generated by the generator; and
A wireless sensor comprising: a charging circuit that controls power storage and discharge of the power storage unit.
前記電源装置は、
熱発電素子を有する発電機と、
前記発電機によって発電された電気を蓄電して放出する蓄電部と、
前記蓄電部の蓄電および放電を制御する充電回路と
を具備することを特徴とするワイヤレスセンサ。 A detection unit that detects a detection target, a control unit that processes a detection signal of the detection unit, a transmission unit that is controlled by the control unit and transmits an output wirelessly, the detection unit, the control unit, and the transmission unit And a power supply device for supplying power to
The power supply device
A generator having a thermoelectric generator;
A power storage unit that stores and discharges electricity generated by the generator; and
A wireless sensor comprising: a charging circuit that controls power storage and discharge of the power storage unit.
前記制御部は、前記蓄電部と前記一次電池の内の少なくともどちらか一方を前記検出部と前記制御部と前記送信部とに接続し、前記電源装置から電力を供給させる
ことを特徴とする請求項1から請求項3の内のいずれか1項に記載のワイヤレスセンサ。 The power supply device further includes a primary battery,
The said control part connects at least any one of the said electrical storage part and the said primary battery to the said detection part, the said control part, and the said transmission part, and is made to supply electric power from the said power supply device. The wireless sensor according to any one of claims 1 to 3.
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A131 | Notification of reasons for refusal |
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A02 | Decision of refusal |
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