JP2022074941A - Sensor unit and radio communication evaluation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサユニット及び無線通信評価システムに関する。 The present invention relates to a sensor unit and a wireless communication evaluation system.
回転機械の状態監視は、回転機械の表層(筐体表面)に加速度ピックアップなどのセンサを取付けて振動検出等を行うことが一般的であるが、軸受等の振動源から離れた位置にセンサが設けられるため、振動源からセンサの設置位置までの伝達系や外乱の影響を受け易い。例えば、振動センサ、加速度センサ、回転センサ、温度センサ等の各種センサを内蔵し、各種センサにより取得したデータを無線通信により出力するワイヤレスセンサ付き軸受が提案されている(例えば、特許文献1)。このようなワイヤレスセンサ付き軸受は、回転機械の回転を利用して発電した電力を供給することにより、外部からの給電を不要とした構成が一般的である。 To monitor the status of a rotating machine, it is common to attach a sensor such as an acceleration pickup to the surface layer (housing surface) of the rotating machine to detect vibration, but the sensor is located away from the vibration source such as bearings. Since it is provided, it is easily affected by the transmission system from the vibration source to the sensor installation position and disturbance. For example, a bearing with a wireless sensor that incorporates various sensors such as a vibration sensor, an acceleration sensor, a rotation sensor, and a temperature sensor and outputs data acquired by the various sensors by wireless communication has been proposed (for example, Patent Document 1). Such a bearing with a wireless sensor is generally configured to eliminate the need for external power supply by supplying electric power generated by utilizing the rotation of a rotating machine.
無線通信を行うセンサユニットを回転機械の金属筐体内に組み込む構成では、回転機械の金属筐体内部から電波を効率良く取り出す必要がある。しかしながら、金属筐体内部では、電波の反射や屈折、散乱により複数の異なった経路を経た電波が干渉することで電波強度が激しく変動する、所謂マルチパスフェージングが生じる。このため、効率良く電波の送受信が行える位置に電波通過用の孔や中継器を配置する必要がある。また、センサユニットを組み込んだ回転機械は、例えば、Bluetooth(登録商標)やWi-Fi(登録商標)等の無線通信規格に準拠し、電波関連法規に規定されている認証制度によって機器認証を受ける必要がある。 In a configuration in which a sensor unit for wireless communication is incorporated in a metal housing of a rotating machine, it is necessary to efficiently extract radio waves from the inside of the metal housing of the rotating machine. However, inside the metal housing, so-called multipath fading occurs in which the radio wave intensity fluctuates drastically due to interference of radio waves passing through a plurality of different paths due to reflection, refraction, and scattering of radio waves. Therefore, it is necessary to arrange a hole for passing radio waves and a repeater at a position where radio waves can be efficiently transmitted and received. In addition, rotating machines incorporating a sensor unit comply with wireless communication standards such as Bluetooth (registered trademark) and Wi-Fi (registered trademark), and are certified by the certification system stipulated in radio wave-related laws and regulations. There is a need.
本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、金属筐体内に設けられたセンサユニットの無線通信試験を可能とするセンサユニット及び無線通信評価システムを提供すること、を目的としている。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a sensor unit and a wireless communication evaluation system that enable a wireless communication test of a sensor unit provided in a metal housing. ..
上記の目的を達成するため、本開示の一態様に係るセンサユニットは、金属筐体の内部に設けられ、前記金属筐体の外部に設けられた機器と無線通信を行うセンサユニットであって、所定の物理量を検出するセンサと、無線通信を行うためのアンテナと、前記アンテナを介して、前記センサによって検出された物理量を検出データとして送信する制御部と、を備え、前記検出データを前記金属筐体の外部に設けられた上位装置に送信する通常モードと、前記センサユニットの無線通信機能を評価する試験モードと、を有し、前記制御部は、外部から無線通信により受信した制御指令に基づき、前記通常モードから前記試験モードに切り替える。 In order to achieve the above object, the sensor unit according to one aspect of the present disclosure is a sensor unit provided inside the metal housing and wirelessly communicating with a device provided outside the metal housing. A sensor for detecting a predetermined physical quantity, an antenna for performing wireless communication, and a control unit for transmitting the physical quantity detected by the sensor as detection data via the antenna are provided, and the detection data is transmitted to the metal. It has a normal mode for transmitting to a host device provided outside the housing and a test mode for evaluating the wireless communication function of the sensor unit, and the control unit receives a control command from the outside by wireless communication. Based on this, the normal mode is switched to the test mode.
上記構成によれば、金属筐体内に設けられたセンサユニットの無線通信試験が可能となる。 According to the above configuration, a wireless communication test of a sensor unit provided in a metal housing becomes possible.
センサユニットの望ましい態様として、前記制御部は、前記試験モードに移行してから所定時間経過後に前記通常モードに切り替えることが好ましい。 As a desirable embodiment of the sensor unit, it is preferable that the control unit switches to the normal mode after a predetermined time has elapsed from the transition to the test mode.
これにより、試験モードから通常モードに自動で復帰することができる。 As a result, the test mode can be automatically returned to the normal mode.
上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る無線通信評価システムは、無線通信を行うセンサユニットが金属筐体の内部に設けられた機器の無線通信評価システムであって、前記センサユニットが検出データを前記金属筐体の外部に設けられた上位装置に送信する通常モードと、前記センサユニットの無線通信機能を評価する試験モードと、を有し、前記センサユニットは、外部から無線通信により受信した制御指令に基づき、前記通常モードから前記試験モードに切り替える。 In order to achieve the above object, the wireless communication evaluation system according to one aspect of the present invention is a wireless communication evaluation system of a device in which a sensor unit for performing wireless communication is provided inside a metal housing, and the sensor unit. Has a normal mode for transmitting detection data to a host device provided outside the metal housing and a test mode for evaluating the wireless communication function of the sensor unit, and the sensor unit has wireless communication from the outside. The mode is switched from the normal mode to the test mode based on the control command received by.
上記構成によれば、金属筐体内に設けられたセンサユニットの無線通信試験が可能となる。 According to the above configuration, a wireless communication test of a sensor unit provided in a metal housing becomes possible.
無線通信評価システムの望ましい態様として、前記センサユニットは、前記試験モードに移行してから所定時間経過後に前記通常モードに切り替えることが好ましい。 As a desirable embodiment of the wireless communication evaluation system, it is preferable that the sensor unit is switched to the normal mode after a predetermined time has elapsed from the transition to the test mode.
これにより、センサユニットは、試験モードから通常モードに自動で復帰することができる。 As a result, the sensor unit can automatically return from the test mode to the normal mode.
本発明によれば、金属筐体内に設けられたセンサユニットの無線通信試験を可能とするセンサユニット及び無線通信評価システムが得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a sensor unit and a wireless communication evaluation system that enable a wireless communication test of a sensor unit provided in a metal housing.
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。 An embodiment (embodiment) for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to 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.
まず、実施形態に係るセンサユニットが適用される例として、センサユニット付き軸受について説明する。 First, a bearing with a sensor unit will be described as an example to which the sensor unit according to the embodiment is applied.
図1は、センサユニット付き軸受の斜視図である。図2及び図3は、センサユニット付き軸受の分解斜視図である。図2はセンサユニット付き軸受100をカバー10側から見た図であり、図3はセンサユニット付き軸受100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、センサユニット付き軸受100は、センサユニット110と、軸受120と、を備える。軸受120の一方の側面に、センサユニット110が取り付けられる。図2及び図3に示すように、センサユニット110は、カバー10と、コイル基板20(発電コイル、部品)と、マグネット31と、スペーサ33と、回路基板40と、シール材60と、後述するリテーナ50(図5参照)と、を備える。
FIG. 1 is a perspective view of a bearing with a sensor unit. 2 and 3 are exploded perspective views of the bearing with the sensor unit. FIG. 2 is a view of the
カバー10は、リング状の天板12と、天板12の外周に設けられた筒状の側板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
図3に示すように、回路基板40及びコイル基板20は、天板12の裏面12aに取り付けられている。ここで、裏面12aは、軸受120と対向する側の第2面である。後述する図5で説明する天板12の表面12dは、第1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
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(図4参照)が実装される。
Further, the
図4は、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の裏面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。コイル基板20とマグネット31とで発電部が構成される。電源部43は、発電部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。
FIG. 4 is a plan view showing a configuration example of the cover and the coil substrate. As shown in FIG. 4, a
センサ基板42には、センサ44と、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(Integrated Circuit)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
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、軸心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。
As shown in FIG. 4, the
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(Flexible Printed Circuit)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、センサユニット110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
図4に示すように、コイルパターン23は、複数の第1導電部231と、複数の第2導電部232と、を有する。第1導電部231は、軸心Axを中心とする円の周方向に延びる。第2導電部232は、軸心Axを中心とする円の径方向に延びる。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
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よりも軸心Axから遠い側に位置する。第2ヨーク25Bは、第1導電部231よりも軸心Axから近い側に位置する。但し、第1ヨーク25Aと軸心Axとの距離と、第2ヨーク25Bと軸心Axとの距離は、互いに同じ長さである。
The
例えば、コイルパターン23は、平面視で、軸心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
マグネット31は、磁気トラックと基材とが一体となったエンコーダマグネットである。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。
The
図5は、回転シャフト、センサユニット付き軸受及び筐体の断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view of a rotary shaft, a bearing with a sensor unit, and a housing.
軸受ユニット1は、回転シャフト70と、センサユニット付き軸受100(図1から図3を参照)と、を備える。センサユニット付き軸受100は、軸受120と、センサユニット110と、を有する。また、センサユニット110は、軸受120と、大径部71と、の間に設けられる。軸受120は、回転シャフト70の小径部72を支持する。
The bearing unit 1 includes a
回転シャフト70は、軸心Axを中心として回転可能である。回転シャフト70は、大径部71と、小径部72と、を有する。小径部72は、大径部71よりも外径が小さい。よって、小径部72の外周面72aは、大径部71の外周面71aよりも径方向内側に位置する。大径部71の外周面71aと小径部72の外周面72aとの境界部には、第1壁71bが設けられる。第1壁71bは、大径部71の外周面71aにおける小径部72側の端縁と、小径部72の外周面72aにおける大径部71側の端縁と、を連結する。第1壁71bは、径方向に延びる平坦な壁である。
The
筐体80は、回転シャフト70の径方向外側に回転シャフト70から離隔して配置される。筐体80は、内周面80aと、縦壁面80bと、を有する。内周面80aは、軸心Axを中心として周方向に延びる。縦壁面80bは、径方向に延びる。筐体80は、例えば工作機械等の種々の設備に設けられたケース(筐体)である。
The
軸受120は、外輪122と、内輪121と、転動体123と、を有する。
The
外輪122は、外周面122aと、内周面122bと、外側壁122cと、内側壁122dと、を有する。外周面122a及び内周面122bは、軸心Axを中心として周方向に延びる。外側壁122c及び内側壁122dは、径方向に延びる平坦な壁である。外側壁122cと内周面122bとの角部には、切欠部122eが設けられる。内側壁122dと内周面122bとの角部には、切欠部122fが設けられる。
The
内輪121は、外周面121b(径方向外側端)と、内周面121aと、外側壁121cと、内側壁121dと、を有する。内周面121aと外側壁121cとの角部は、円弧状に湾曲した湾曲部121gの形状を有する。外周面121b及び内周面121aは、軸心Axを中心として周方向に延びる。外側壁121c及び内側壁121dは、径方向に延びる平坦な壁である。外側壁121cと外周面121bとの角部には、切欠部121eが設けられる。内側壁121dと外周面121bとの角部には、切欠部121fが設けられる。転動体123は、外輪122と内輪121との間に設けられる。また、シール材60の外周端部は、切欠部122eに挿入されて接着剤を介して外輪122に固定される。シール材61の外周端部は、切欠部122fに挿入されて接着剤を介して外輪122に固定される。
The
前述のように、カバー10は、天板12と、側板11とを有する。天板12の裏面12aには、コイル基板20と、回路基板40と、が固定される。具体的には、裏面12aにおいて、径方向内側の端部にコイル基板20が位置し、コイル基板20よりも径方向外側に回路基板40が位置する。また、天板12の径方向内側の端部は、径方向外側の部位よりも板厚が大きい厚肉部である。即ち、径方向内側の端部の裏面12aは、径方向外側の部位の裏面12aよりも軸受120側に突出している。そして、この径方向内側の端部に設けられた厚肉部の裏面12aにコイル基板20が固定されている。コイル基板20は、例えば接着剤を介して固定される。なお、本開示では、径方向内側の端部を径方向外側の部位よりも薄肉部としてもよい。即ち、径方向内側の端部の裏面12aを、径方向外側の部位の裏面12aよりも軸受120の反対側に凹ませて、凹部としてもよい。この場合、コイル基板20は、この凹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、また、天板12の裏面12aとコイル基板20の表面とは略面一となる。さらに、カバー10の径方向内側端12bは、大径部71の外周面71aよりも径方向内側に位置する。カバー10の径方向内側の端部10aにおける径方向内側の端縁が径方向内側端12bである。カバー10の径方向内側の端部10aの表面12dと第1壁71bとは、軸方向に沿って離隔される。カバー10は、外輪間座とも称せられる。
As described above, the
軸受120の内輪121と回転シャフト70とによって、リテーナ50、マグネット31及びスペーサ33が軸方向に挟まれて固定される。リテーナ50は、内輪間座とも称せられる。
The
筐体80の縦壁面80bと、固定部材81と、の間には、カバー10の側板11と外輪122とが軸方向に挟持される。天板12の表面12dの上端部12cは、固定部材81によって軸方向に押圧される。つまり、外輪122は、縦壁面80bと、固定部材81及び側板11とによって軸方向に押圧されて、筐体80に固定される。これにより、転動体123が転動することにより、外輪122と内輪121とが相対的に回転する。
The
外輪122及びカバー10が筐体80に固定されるため、外輪122は回転せず、内輪121、リテーナ50、マグネット31及びスペーサ33が回転シャフト70と一体に回転する。また、コイル基板20とマグネット31とは軸方向に対向して配置されるため、コイル基板20とマグネット31との相対的な回転によって発電が行われる。
Since the
以下、実施形態に係るセンサユニット110について説明する。図6は、実施形態に係るセンサユニットの制御部の構成を示すブロック図である。図6に示すように、制御部45は、処理部451と、記憶部452と、通信回路453とを備える。制御部45は、電源部43から供給される直流電力を使用して動作する。
Hereinafter, the
処理部451は、例えばCPU(Central Processing Unit)である。記憶部452は、例えばROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)で構成される。処理部451は、RAMをワークエリアとして使用しながらROMに記憶されているプログラムを実行することにより、種々の機能を実現する。 The processing unit 451 is, for example, a CPU (Central Processing Unit). The storage unit 452 is composed of, for example, a ROM (Read Only Memory) or a RAM (Random Access Memory). The processing unit 451 realizes various functions by executing a program stored in the ROM while using the RAM as a work area.
処理部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(例えば、A/D変換)して記憶部452に記憶する機能を有する。また、制御部45は、アンテナ47を介して記憶部452に記憶したデジタルデータを外部に送信する通信回路453を有する。
The processing unit 451 has a function of converting various data detected by the
本開示において、記憶部452は、後述する試験モードにおける設定項目及びプログラムを記憶する機能を有する。処理部451は、後述するように、外部からの制御指令に基づき、試験モード用の設定項目及びプログラムを読み出して、センサユニット110を試験モードで動作させる機能を有する。
In the present disclosure, the storage unit 452 has a function of storing setting items and programs in the test mode described later. As will be described later, the processing unit 451 has a function of reading out setting items and programs for the test mode based on a control command from the outside and operating the
センサユニット110から送信されたデジタルデータは、図1に示す上位装置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、センサユニット付き軸受100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。
The digital data transmitted from the
以下、上述したセンサユニット付き軸受100を用いた具体的な回転機器の構造例について、図7及び図8を参照して説明する。
Hereinafter, a specific structural example of a rotating device using the
図7は、センサユニット付き軸受を備えたモータの内部構成の一例を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing an example of the internal configuration of a motor including a bearing with a sensor unit.
図7に示すように、センサユニット付き軸受100を備えたモータ500は、基本構成として、ハウジング(金属筐体)510、ロータ520、ステータ530、及び出力シャフト540を備えている。
As shown in FIG. 7, the
ロータ520及び出力シャフト540は、モータ500のハウジング510及びステータ530に対して回転自在に保持される。センサユニット付き軸受100は、モータ500の回転制御対象200(以下、「負荷」とも称する)が機械的に接続される出力シャフト540の負荷側に設けられている。本実施形態において、モータ500の回転制御対象200は、例えばポンプや減速機等の回転機械である。
The
センサユニット110は、負荷側の軸受120の回転軸Ax方向内側に設けられる。センサユニット110のアンテナ47は、電波の放射方向を回転軸Ax方向内側に向けて配置されている。センサユニット110のアンテナ47は、例えば、パターンアンテナ、マイクロストリップパッチアンテナ、及びチップアンテナのいずれか1つで構成される。
The
図8は、センサユニット付き軸受を備えた減速機の内部構成の一例を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing an example of the internal configuration of a speed reducer provided with a bearing with a sensor unit.
図8に示すように、センサユニット付き軸受100を備えた減速機700は、基本構成として、ハウジング(金属筐体)710、出力シャフト740、及び歯車750を備えている。図8では、減速機700を構成する複数の歯車のうち、出力シャフト740に設けられた歯車750を1つ記載しているが、歯車の数はこれに限らない。
As shown in FIG. 8, the
歯車750及び出力シャフト740は、減速機700のハウジング710に対して回転自在に保持される。センサユニット付き軸受100は、減速機700の回転制御対象300(以下、「負荷」とも称する)が機械的に接続される出力シャフト740の負荷側に設けられている。
The
センサユニット110は、軸受120の回転軸Ax方向内側に設けられる。センサユニット110のアンテナ47は、電波の放射方向を回転軸Ax方向内側に向けて配置されている。
The
図7及び図8に示すように、回転機械の金属筐体内部において、センサユニット110の配置は、金属筐体内部の構造体により制限される。また、このような回転機械の金属筐体内部から電波を効率良く取り出す必要がある。このため、金属筐体に電波通過用の孔や中継器等の電波通過手段を設ける必要がある。
As shown in FIGS. 7 and 8, the arrangement of the
図9は、電波通過手段の第1例として、金属筐体にスリットを設けた例を示す概略図である。図10は、図9に示すスリットを正面から見た図である。 FIG. 9 is a schematic view showing an example in which a slit is provided in a metal housing as a first example of a radio wave passing means. FIG. 10 is a front view of the slit shown in FIG.
図9に示すように、通常モードでは、回転機械1001(例えばモータ500や減速機700)の金属筐体1002の内部に設けられたセンサユニット110の通信回路453と、金属筐体1002の外部に設けられる通信部151との間で、スロットアンテナとして機能するスリット1005を介して無線通信が行われる。試験モードにおいて、外部機器1003の通信部1004と、センサユニット110の通信回路との間で、スリット1005を介して無線通信が行われる。
As shown in FIG. 9, in the normal mode, the
センサユニット110のセンサ44としては、例えば、上述した加速度センサ441、温度センサ442、角度センサ443や、その他の物理量を計測する各種センサのうちの少なくとも1つが例示される。センサ44の構成により本開示が限定されるものではない。
As the
通信回路453と通信部151との間の通信規格又は通信回路453と通信部1004との間の通信規格としては、例えば、Bluetooth(登録商標)やWi-Fi(登録商標)等が例示される。
Examples of the communication standard between the
本実施形態において、金属筐体1002には、電波通過手段として、周囲が金属筐体1002に囲われたスリット1005(溝穴)が設けられている。スリット1005の開口は、金属筐体1002の内部に異物が混入することを防ぐために、例えばエンジニアリングプラスチック等の樹脂が埋め込まれた態様であることが好ましい。
In the present embodiment, the
図11は、電波通過手段の第2例として、中継器を設けた例を示す概略図である。図12は、中継器の一構成例を示す概略図である。 FIG. 11 is a schematic view showing an example in which a repeater is provided as a second example of the radio wave passing means. FIG. 12 is a schematic view showing an example of a configuration of a repeater.
図11では、図9に示すスリット1005に代えて、中継器1006により無線通信を中継する構成を例示している。図11に示すように、通常モードでは、センサユニット110の通信回路453と、通信部151との間で、中継器1006を介して無線通信が行われる。試験モードにおいて、外部機器1003の通信部1004と、センサユニット110の通信回路との間で、中継器1006を介して無線通信が行われる。
FIG. 11 illustrates a configuration in which wireless communication is relayed by a
図12に示すように、中継器1006は、金属筐体1002aの内部(図中左方)に設けられたアンテナ1062と、金属筐体1002aの外部(図中右方)に設けられたアンテナ1063とを備えている。アンテナ1062とアンテナ1063とは、金属筐体1002aに設けられた孔を介して電気的に同軸ケーブル1061で接続されている。図12では、アンテナ1062とアンテナ1063とを電気的に接続する構成部として同軸ケーブル1061を用いた例を示したが、これに限らない。アンテナ1062とアンテナ1063とを電気的に接続する構成部としては、例えば、金属筐体1002aに設けられた孔に挿通される同軸コネクタ等のコネクタであっても良い。
As shown in FIG. 12, the
同軸ケーブル1061は、金属筐体1002aの内部側に設けられる端子1061aと、金属筐体1002aの外部側に設けられる端子1061bとを備えている。アンテナ1062は、端子1061aに接続される。アンテナ1063は、端子1061bに接続される。
The
回転機械1001aのセンサユニット110の通信回路453から放射された電波は、中継器1006のアンテナ1062に到達すると、同軸ケーブル1061を介して中継器1006のアンテナ1063から再放射される。
When the radio wave radiated from the
図7及び図8に示すような具体的な回転機械の構造例において、金属筐体内部では、電波の反射や屈折、散乱により複数の異なった経路を経た電波が干渉することで電波強度が激しく変動する、所謂マルチパスフェージングが生じる。このため、効率良く電波の送受信が行える位置に電波通過用の孔や中継器等の電波通過手段を設ける必要がある。 In a specific structural example of a rotating machine as shown in FIGS. 7 and 8, inside the metal housing, radio waves that have passed through a plurality of different paths interfere with each other due to reflection, refraction, and scattering of radio waves, resulting in intense radio wave intensity. Fluctuating, so-called multipath fading occurs. Therefore, it is necessary to provide radio wave passing means such as a hole for passing radio waves and a repeater at a position where radio waves can be efficiently transmitted and received.
また、センサユニットを組み込んだ回転機械は、例えば、BluetoothやWi-Fi等の無線通信規格に準拠し、電波関連法規に規定されている認証制度によって機器認証を受ける必要がある。 In addition, the rotating machine incorporating the sensor unit must comply with wireless communication standards such as Bluetooth and Wi-Fi, and must be certified by the certification system stipulated in the radio wave-related regulations.
ここで、例えば、BLE(Bluetooth Low Energy)では、RF(Radio Frequency)試験を行うための試験モードとして、DTM(Direct Test Mode)が規定されている。DTMでは、送信側の被測定機器(本実施形態における通信回路453に相当)の設定項目として、例えば、送出パケットタイプ、送信ペイロード、パケット送出回数、送信周波数チャネル、送信PHY、送信パワー等を含む。
Here, for example, in BLE (Bluetooth Low Energy), DTM (Direct Test Mode) is defined as a test mode for performing an RF (Radio Frequency) test. The DTM includes, for example, a transmission packet type, a transmission payload, a packet transmission frequency, a transmission frequency channel, a transmission PHY, a transmission power, and the like as setting items of the device under test on the transmission side (corresponding to the
DTMでは、一般に、設定用機器と被測定機器とをシリアルケーブルやUSBケーブル等で有線接続してDTM用の設定を行い、DTMのデータ送受信の開始指示や停止指示を行う必要があるが、図7及び図8に示すような具体的な回転機械の構造例において、金属筐体内部にセンサユニットを設けた構成では、設定用機器や信号発生器を有線接続するための配線を設けることが困難である。また、配線がアンテナとして機能するため、試験結果に影響を及ぼす可能性がある。 In DTM, it is generally necessary to connect the setting device and the device under test by wire with a serial cable, USB cable, etc. to make settings for DTM, and give instructions to start and stop DTM data transmission / reception. In the specific structural example of the rotating machine as shown in 7 and 8, it is difficult to provide wiring for connecting the setting device and the signal generator by wire in the configuration in which the sensor unit is provided inside the metal housing. Is. In addition, the wiring functions as an antenna, which may affect the test results.
そこで、本実施形態では、センサユニット110に無線通信機能を評価するための試験モードを設け、例えば、コマンド送信機等の外部機器からの無線通信による制御指令に基づき、センサ44によって検出された物理量を検出データとして金属筐体の外部に設けられた上位装置150に送信する通常モードから試験モードに切り替える。
Therefore, in the present embodiment, the
以下、本実施形態に係るセンサユニット及び無線通信評価システムのモード切り替え処理について、図13を参照して説明する。図13は、実施形態に係るセンサユニット及び無線通信評価システムにおけるモード切り替え処理の概略を示すフローチャートである。なお、図13に示すモード切り替え処理の前提条件として、センサユニット110は、通常モードで動作しているものとする。また、本開示において、試験モードは、BLEにおけるDTMに限るものではない。
Hereinafter, the mode switching process of the sensor unit and the wireless communication evaluation system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a flowchart showing an outline of the mode switching process in the sensor unit and the wireless communication evaluation system according to the embodiment. As a prerequisite for the mode switching process shown in FIG. 13, the
通常モードから試験モードに移行するための制御信号を外部機器1003から受信すると(ステップS101)、制御部45の処理部451は、試験モードにおける設定項目及びプログラムを記憶部452から読み出して(ステップS102)、試験モード用のプログラムを実行する。これにより、センサユニット110は、通常モードから試験モードに移行する(ステップS103)。
When the control signal for shifting from the normal mode to the test mode is received from the external device 1003 (step S101), the processing unit 451 of the
制御部45の処理部451は、試験モードに移行後のカウント値に基づき、予め定められた所定時間(例えば、10sec)が経過したか否かを判定する(ステップS104)。所定時間が経過していなければ(ステップS104;No)、制御部45の処理部451は、所定時間が経過するまでステップS104の処理を繰り返す。
The processing unit 451 of the
所定時間が経過すると(ステップS104;Yes)、制御部45の処理部451は、試験モードから通常モードに移行して(ステップS105)、モード切り替え処理を終了する。
When the predetermined time elapses (step S104; Yes), the processing unit 451 of the
これにより、金属筐体内に設けられたセンサユニット110の無線通信試験が可能となる。このため、例えば、回転機械の金属筐体に設ける電波通過手段(スロットアンテナや中継器等)の配置検討を効率良く行うことができる。また、センサユニット110を組み込んだ回転機械の電波法認証試験が容易となる。
This enables a wireless communication test of the
なお、上述した実施形態では、試験モードに移行してから所定時間経過後に試験モードから通常モードに移行する例を示したが、試験モードに移行してから通常モードに戻るまでの所定時間は、外部機器1003から制御信号で指定する態様であっても良いし、予め制御部45に設定項目として記憶されている態様であっても良い。また、これに限らず、例えば、試験モードに移行後、所定の無線通信機能の評価を実施した後に通常モードに戻る態様であっても良い。
In the above-described embodiment, an example of shifting from the test mode to the normal mode after a predetermined time has elapsed from the transition to the test mode has been shown, but the predetermined time from the transition to the test mode to the return to the normal mode is the predetermined time. It may be a mode specified by a control signal from the
なお、上述で使用した図は、本開示に関して定性的な説明を行うための概念図であり、これらに限定されるものではない。また、上述の実施形態は本開示の好適な実施の一例ではあるが、これに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。 The figures used above are conceptual diagrams for qualitatively explaining the present disclosure, and are not limited thereto. Further, the above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present disclosure, but the present invention is not limited to this, and various modifications can be carried out without departing from the gist of the present disclosure.
1 軸受ユニット
10 カバー
20 コイル基板
31 マグネット
33 スペーサ
40 回路基板
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 リテーナ
70 回転シャフト
80 筐体
100 センサユニット付き軸受
110 センサユニット
120 軸受
121 内輪
122 外輪
123 転動体
150 上位装置
151 通信部
152 コンピュータ
200 回転制御対象
300 回転制御対象
441 加速度センサ
442 温度センサ
443 角度センサ
500 モータ
510 ハウジング(金属筐体)
520 ロータ
530 ステータ
540 出力シャフト
700 減速機
710 ハウジング(金属筐体)
740 出力シャフト
750 歯車
1001,1001a 回転機械
1002,1002a 金属筐体
1003 外部機器
1004 通信部
1005 スリット(スロットアンテナ)
1006 中継器
1061 同軸ケーブル
1061a,1061b 端子(同軸ケーブル)
1062 アンテナ
1063 アンテナ
1 Bearing
520
740
1006
1062
Claims (4)
所定の物理量を検出するセンサと、
無線通信を行うためのアンテナと、
前記アンテナを介して、前記センサによって検出された物理量を検出データとして送信する制御部と、
を備え、
前記検出データを前記金属筐体の外部に設けられた上位装置に送信する通常モードと、
前記センサユニットの無線通信機能を評価する試験モードと、
を有し、
前記制御部は、
外部から無線通信により受信した制御指令に基づき、前記通常モードから前記試験モードに切り替える、
センサユニット。 A sensor unit provided inside a metal housing and performing wireless communication with a device provided outside the metal housing.
A sensor that detects a predetermined physical quantity and
An antenna for wireless communication and
A control unit that transmits physical quantities detected by the sensor as detection data via the antenna.
Equipped with
A normal mode in which the detection data is transmitted to a host device provided outside the metal housing, and a normal mode.
A test mode for evaluating the wireless communication function of the sensor unit and
Have,
The control unit
Switching from the normal mode to the test mode based on a control command received from the outside by wireless communication.
Sensor unit.
前記試験モードに移行してから所定時間経過後に前記通常モードに切り替える、
請求項1に記載のセンサユニット。 The control unit
After a predetermined time has elapsed from the transition to the test mode, the normal mode is switched to.
The sensor unit according to claim 1.
前記センサユニットが検出データを前記金属筐体の外部に設けられた上位装置に送信する通常モードと、
前記センサユニットの無線通信機能を評価する試験モードと、
を有し、
前記センサユニットは、
外部から無線通信により受信した制御指令に基づき、前記通常モードから前記試験モードに切り替える、
無線通信評価システム。 A sensor unit that performs wireless communication is a wireless communication evaluation system for equipment provided inside a metal housing.
A normal mode in which the sensor unit transmits detection data to a host device provided outside the metal housing, and a normal mode.
A test mode for evaluating the wireless communication function of the sensor unit and
Have,
The sensor unit is
Switching from the normal mode to the test mode based on a control command received from the outside by wireless communication.
Wireless communication evaluation system.
前記試験モードに移行してから所定時間経過後に前記通常モードに切り替える、
請求項3に記載の無線通信評価システム。 The sensor unit is
After a predetermined time has elapsed from the transition to the test mode, the normal mode is switched to.
The wireless communication evaluation system according to claim 3.
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