JP2019035508A - ワイヤレスセンサ付き軸受 - Google Patents
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Abstract
Description
このようなワイヤレスセンサ付きの軸受では、軸受のシール外に空間を設け、その空間に、コイルと磁石とを用いた自己発電機能と、振動センサ、温度センサ等及び発信機等とを備えた制御基板が組み込まれている。
しかしながら、検出センサによる測定項目が増加すると、その分、制御基板の基板面積も大きくなり、また、測定項目の変更等を行う度に、制御基板を取り外したり、制御基板を設計し直したりしなければならないため、検出センサによる測定項目が増加するほど、制御基板の交換や変更に伴う手間も増加する。
そのため、検出センサによる測定項目が多い場合であっても、測定項目の変更や追加等をより容易に行うことの可能なワイヤレスセンサ付きの軸受が望まれていた。
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても1つ以上の実施形態が実施できることは明らかである。他にも、図面を簡潔するために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
このワイヤレスセンサ付き軸受1は、ワイヤレスセンサを、転がり軸受に組み込んだものである。なお、滑り軸受に組み込むことも可能である。
軸受本体5の内輪51の端面内周側と外輪52の端面外周側とにそれぞれ溝51a、52aが形成されており、内輪51の端面内周側の溝51aに、円筒状のトーンリング2が取り付けられ、外輪52の端面外周側の溝52aに、カバー4が取り付けられる。
センサユニット3は、後述の検出センサや無線通信処理部等が実装されたセンサ基板31及び無線通信基板32と、複数のコイル34からなるコイル部35と、を備え、センサ基板31及び無線通信基板32と、コイル部35とは、円環の一部をなすように円弧状に形成される。前記コイル34は、例えば、図2に示すように磁石33aを2枚のヨーク33で挟み込み、この磁石33aを挟み込んだヨーク33の周りに導体ワイヤを巻いて形成される。
図1(b)に示すように、センサ基板31と無線通信基板32とは、スペーサ31bを介してねじ止め等により固定することにより、センサ基板31と無線通信基板32との距離を一定に保ったままこれらが一体に固定されるようになっている。
カバー4は、円筒状に形成され、円筒の一方の面は開放され、他方の面は円環状に形成されてカバー4の内側の面がセンサユニット3の取り付け面41となっている。カバー4の開放面側が、軸受本体5の外輪52の端面外周側に形成された溝52aに嵌め合わされて軸受本体5に固定される。
外輪52が固定され、内輪51が回転することによって内輪51と共にトーンリング2が回転し、トーンリング2とコイル34とが相対的に回転することによって、図2に示すように、トーンリング2の外周の凹凸と向かい合うコイル34の位置が変化する。このため、トーンリング2の外周の凹凸により、各コイル34とトーンリング2の外周との距離が周期的に変化することによって、各コイル34に生じる磁束密度が変化する。つまり、磁石33aを備えたヨーク33とトーンリング2とが接近している場合には、磁石33a、ヨーク33、トーンリング2を通る磁束は大きく、ヨーク33とトーンリング2とが離れている場合には、磁石33a、ヨーク33、トーンリング2を通る磁束が小さくなる。
この磁束密度の変化が周期的に現れることにより、ヨーク33の周りに導体ワイヤを巻いたコイル34に正弦波の交流電圧が発生する。
図3(a)に示すように、カバー4の取り付け面41には、略長方形の薄板上に形成されたアンテナ15aを嵌め込むための、上面視が略長方形の収納部としての貫通孔4aが形成されている。カバー4の取り付け面41の、無線通信基板32が固定される側とは逆側の面をカバー4の表面としたとき、貫通孔4aにアンテナ15aを嵌め込むことにより、図3(b)に示すように、アンテナ15aが、カバー4の表面と面一、またはカバー4の表面よりも肉厚方向内側に納まった状態で固定されるようになっている。また、アンテナ15aを、貫通孔34aに嵌め込むことによって、アンテナ15aの接続端子(図示せず)と、無線通信基板32に形成された後述の無線通信処理部15のアンテナ接続端子(図示せず)とが電気的に接続されるようになっている。
なお、ここでは、アンテナ15aを、略長方形の薄板上に形成した場合について説明したが、アンテナ15aの形状はこれに限定されるものではなく、カバー4の貫通孔4aに嵌め込むことでアンテナ15aをカバー4に固定することができれば、アンテナ15a及び貫通孔34aの形状はどのような形状であってもよい。
また、ここでは、アンテナ15aの収納部として貫通孔4aを形成した場合について説明したが、これに限るものではなく、収納部内に収納することでアンテナ15aをカバー4に固定することができると共に、アンテナ15aと無線通信処理部15とを電気的に接続することができればどのような形状であってもよい。
ワイヤレスセンサ付き軸受1は、例えば発電部11、充電回路12、二次電池13、検出センサ14及び無線通信処理部15を備える。
発電部11で発電された交流電圧は、充電回路12により直流電圧に変換されて、検出センサ14及び無線通信処理部15に給電されると共に、余剰分は二次電池13に蓄電される。検出センサ14及び無線通信処理部15は充電回路12及び二次電池13からの給電を受けて動作する。図1におけるトーンリング2及びコイル部35が発電部11に対応する。
このような構成を有するワイヤレスセンサ付き軸受1において、センサ基板31に設けられた検出センサ14で検出される検出情報は、センサ基板31のコネクタ31a、無線通信基板32のコネクタ32aを介して無線通信基板32に設けられた無線通信処理部15に出力され、無線通信処理部15からアンテナ15aを介して無線通信により送信され、受信側装置の無線受信部50で受信される。
ここで、検出センサ14と無線通信処理部15とは異なる基板に実装されているため、検出センサ14の仕様変更等を行う場合には、センサ基板31を無線通信基板32から取り外し、センサ基板31についてのみ基板の設計変更や、検出センサ14の仕様変更等を行えばよい。
また、上記実施形態では、トーンリング2とコイル34とを用いて発電を行う場合について説明したが、発電方法はこれに限るものではなく、他の発電方法であってもよい。
2 トーンリング
3 センサユニット
4 カバー
11 発電部
12 充電回路
13 二次電池
14 検出センサ
15 無線通信処理部
15a アンテナ
31 センサ基板
31a コネクタ
32 無線通信基板
32a コネクタ
33 ヨーク
34 コイル
35 コイル部
51 内輪
52 外輪
51a、52a 溝
53 転動体
また、本発明の一態様によれば、軸受本体と、軸受本体に設けられ軸受本体に関する物理量を検出する検出センサと、軸受本体に設けられ出センサによる検出情報を無線通信により送信する無線通信処理部と、軸受本体に設けられ検出センサ及び無線通信処理部に電力供給を行う発電部と、検出センサが実装されたセンサ基板と、無線通信処理部が実装された無線通信基板と、センサ基板及び無線通信基板を収納して軸受本体に固定するカバーと、を備え、発電部はコイルを含み、カバーとコイルとの間は絶縁処理が施されているワイヤレスセンサ付き軸受が提供される。
さらに、本発明の一態様によれば、軸受本体と、軸受本体に設けられ軸受本体に関する物理量を検出する検出センサと、軸受本体に設けられ検出センサによる検出情報を無線通信により送信する無線通信処理部と、軸受本体に設けられ検出センサ及び無線通信処理部に電力供給を行う発電部と、検出センサが実装されたセンサ基板と、無線通信処理部が実装された無線通信基板と、センサ基板及び無線通信基板を収納して軸受本体に固定するカバーと、を備え、発電部はヨークを含み、カバーとヨークとの間は絶縁処理が施されているワイヤレスセンサ付き軸受が提供される。
Claims (7)
- 軸受本体と、
前記軸受本体に設けられ前記軸受本体に関する物理量を検出する検出センサと、
前記軸受本体に設けられ前記検出センサによる検出情報を無線通信により送信する無線通信処理部と、
前記軸受本体に設けられ前記検出センサ及び前記無線通信処理部に電力供給を行う発電部と、
を備え、
前記検出センサと前記無線通信処理部とはそれぞれ異なる基板に実装されて前記軸受本体に設けられるワイヤレスセンサ付き軸受。 - 前記検出センサが実装されたセンサ基板と、前記無線通信処理部が実装された無線通信基板とは、前記検出センサと前記無線通信処理部とを電気的に接続するコネクタを介して結合される請求項1に記載のワイヤレスセンサ付き軸受。
- 前記センサ基板及び前記無線通信基板を収納して前記軸受本体に固定するカバーを備え、
前記カバーは、前記無線通信処理部での無線通信用のアンテナを、前記カバー表面から突出しないように収納する収納部を有し、
前記アンテナと前記無線通信処理部とは、前記アンテナを前記収納部に収納することにより電気的に接続される請求項2に記載のワイヤレスセンサ付き軸受。 - 前記検出センサは、振動、温度、湿度、回転数のうちのいずれか1つ又は複数を検出する請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のワイヤレスセンサ付き軸受。
- 前記検出センサは、超音波センサ及びガスセンサのうちのいずれか1つを含む請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のワイヤレスセンサ付き軸受。
- 前記軸受本体は転がり軸受である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のワイヤレスセンサ付き軸受。
- 前記軸受本体は滑り軸受である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のワイヤレスセンサ付き軸受。
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