JP6149871B2 - ワイヤレスセンサ付き軸受 - Google Patents
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Description
本発明は、ワイヤレスセンサ付き軸受に関する。
軸受周囲の温度等の各種物理量をワイヤレスセンサにより検出し、検出情報を上位装置等の受信側装置に送信するワイヤレスセンサ付きの軸受が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
上述のワイヤレスセンサ付きの軸受では、検出情報を、ワイヤレスセンサによる各種検出情報が閾値を超えたときに送信したり、予め設定した一定間隔で受信側装置に送信したりしている。
このような受信側装置においては、検出情報の異常をより早い段階で検出するためには、閾値を低めに設定したり、送信間隔を比較的短い間隔に設定したりせざるを得ない。閾値を低めに設定したり、閾値の送信間隔を短くしたりするということは、検出情報の送信側や検出情報の受信側装置において処理負荷の増加につながる。そのため、処理負荷の増加を抑制し、検出情報の異常をより早い段階で的確に検出できる方法が望まれていた。
このような受信側装置においては、検出情報の異常をより早い段階で検出するためには、閾値を低めに設定したり、送信間隔を比較的短い間隔に設定したりせざるを得ない。閾値を低めに設定したり、閾値の送信間隔を短くしたりするということは、検出情報の送信側や検出情報の受信側装置において処理負荷の増加につながる。そのため、処理負荷の増加を抑制し、検出情報の異常をより早い段階で的確に検出できる方法が望まれていた。
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検出センサによる検出情報を無線通信により送信する送信処理部と、軸受本体に設けられ送信処理部による検出情報の送信間隔を制御する信号処理部と、軸受本体に設けられ検出センサと送信処理部と信号処理部とに電力供給を行う発電部と、を備え、信号処理部は、検出情報が正常値側から非正常値側に向かう方向を非正常値方向としたとき、検出情報が非正常値方向に大きな値であるほど、送信間隔をより短くするワイヤレスセンサ付き軸受、が提供される。
本発明の一態様によれば、検出センサによる検出情報の異常を、この検出情報の受信側装置においてより速やかに認識することができる。そのため、検出情報の異常に対してより速やかに対処し、軸受本体の、長期間による安全な使用を実現することができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
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。
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。
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。
図１において、（ａ）は、本発明の一実施形態におけるワイヤレスセンサ付き軸受１の一例を示す分解斜視図、（ｂ）は軸受本体の要部を示す構成図である。
ここでは、ワイヤレスセンサを、転がり軸受に組み込んだ場合について説明するが、滑り軸受に組み込むことも可能である。
図１において、（ａ）は、本発明の一実施形態におけるワイヤレスセンサ付き軸受１の一例を示す分解斜視図、（ｂ）は軸受本体の要部を示す構成図である。
ここでは、ワイヤレスセンサを、転がり軸受に組み込んだ場合について説明するが、滑り軸受に組み込むことも可能である。
図１に示すように、ワイヤレスセンサ付き軸受１は、トーンリング２と、センサユニット３と、カバー４と、軸受本体５とを備える。
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が設けられる。
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が設けられる。
トーンリング２は外周に周期的な凹凸が形成されている。
センサユニット３は、後述の検出センサや無線送信部等が実装されたセンサ基板３１と、磁性体で形成されたヨーク３２の周りに導体ワイヤを巻いたコイル３３が複数配置されたコイル部３４と、を備え、センサ基板３１及びコイル部３４は、円環の一部をなすように円弧状に形成される。
センサユニット３は、後述の検出センサや無線送信部等が実装されたセンサ基板３１と、磁性体で形成されたヨーク３２の周りに導体ワイヤを巻いたコイル３３が複数配置されたコイル部３４と、を備え、センサ基板３１及びコイル部３４は、円環の一部をなすように円弧状に形成される。
トーンリング２はセンサユニット３の中空部に配置され、トーンリング２の外周の凹凸と、センサユニット３のコイル３３とが対向するように配置される。
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センサユニット３の取り付け面４１を形成している。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センサユニット３の取り付け面４１を形成している。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に嵌め合わされている。
センサ基板３１及びコイル部３４は、カバー４の内側に、取り付け面４１の円環に沿って隣接して配置され、ねじ止め等により固定される。
センサ基板３１及びコイル部３４を取り付け面４１に固定した状態で、カバー４を軸受本体５の外輪５２の溝５２ａに嵌め合わせることによって、センサユニット３がカバー４と軸受本体５との間に収納されるようになっている。なお、カバー４の取りつけ方法としては、圧入、カシメ、或いは接着等の方法を適用することができる。
センサ基板３１及びコイル部３４を取り付け面４１に固定した状態で、カバー４を軸受本体５の外輪５２の溝５２ａに嵌め合わせることによって、センサユニット３がカバー４と軸受本体５との間に収納されるようになっている。なお、カバー４の取りつけ方法としては、圧入、カシメ、或いは接着等の方法を適用することができる。
軸受本体５の内輪５１と外輪５２との間には複数の転動体５３が介在している。この転動体５３は、電食を防ぐためセラミック製の玉であることが望ましい。
そして、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とコイル部３４とが相対的に回転することによって、トーンリング２の外周の凹凸と向かい合うコイル部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、コイル部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３３に生じる磁束密度が変化し、この磁束密度の変化に伴い、各コイル３３に交流電圧が発生する。この発生した交流電圧は、直流電圧に変換されてセンサユニット３の各部に動作電力として供給される。なお、ここでは、電磁誘導方式で発電を行う場合について説明しているが、静電誘導方式で発電させてもよく、発電方法はどのような手段であってもよい。
また、ここでは、外輪５２を固定し、内輪５１を回転させる場合について説明したが、これに限るものではなく、内輪５１を固定し、外輪５２を回転させる場合であっても適用することができる。
そして、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とコイル部３４とが相対的に回転することによって、トーンリング２の外周の凹凸と向かい合うコイル部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、コイル部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３３に生じる磁束密度が変化し、この磁束密度の変化に伴い、各コイル３３に交流電圧が発生する。この発生した交流電圧は、直流電圧に変換されてセンサユニット３の各部に動作電力として供給される。なお、ここでは、電磁誘導方式で発電を行う場合について説明しているが、静電誘導方式で発電させてもよく、発電方法はどのような手段であってもよい。
また、ここでは、外輪５２を固定し、内輪５１を回転させる場合について説明したが、これに限るものではなく、内輪５１を固定し、外輪５２を回転させる場合であっても適用することができる。
図２は、センサユニット３の一例を示すブロック図である。
センサユニット３は、発電部１１、充電回路１２、二次電池１３、検出センサ１４及び無線送信部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及び無線送信部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及び無線送信部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３３が発電部１１に対応する。
センサユニット３は、発電部１１、充電回路１２、二次電池１３、検出センサ１４及び無線送信部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及び無線送信部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及び無線送信部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３３が発電部１１に対応する。
検出センサ１４は、例えば、軸受本体５の回転数を検出する回転センサ、軸受本体５の周囲温度を検出する温度センサ、軸受本体５の振動を検出する振動センサ、軸受本体５の周囲湿度を検出する湿度センサ、軸受本体５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、軸受本体５において生じる摩擦音を検出する超音波センサ等、軸受本体５の動作や性能等に影響を与える、軸受本体５に関する物理量を検出する各種センサのうち、いずれか１つ又は複数のセンサを備える。ここでは簡単のために、検出センサ１４として１つのセンサを備える場合について説明する。
検出センサ１４による検出情報は、無線送信部１５によって無線通信により送信され、例えば受信側装置に設けられた無線受信部５０で受信される。
無線送信部１５は、例えば、信号処理部１５ａと送信処理部１５ｂとを備え、信号処理部１５ａは、各種検出情報毎に予め設定されている閾値と、検出センサ１４で検出された検出情報とを比較する。
無線送信部１５は、例えば、信号処理部１５ａと送信処理部１５ｂとを備え、信号処理部１５ａは、各種検出情報毎に予め設定されている閾値と、検出センサ１４で検出された検出情報とを比較する。
前記閾値は、正常と判断されるときの検出情報の値である正常値と、異常と判断されるときの検出情報の値である非正常値との境界値よりも、正常値側の値に設定される値であって、異常ではないが、検出情報が非正常値に至る可能性があると予測される値であり、今後検出情報が非正常値に至る可能性があると予測される検出情報の取り得る範囲と、そうでない検出情報の取り得る範囲との境界の値である。ここでは、閾値よりも正常値側の値を取る領域を正常領域とし、閾値を含む、閾値よりも非正常値側の値を取る領域を注意喚起領域とする。
信号処理部１５ａは、検出センサ１４による検出情報が、正常領域の値である場合には、この検出情報を予め設定された第一の送信間隔で、送信処理部１５ｂを介して送信する。逆に検出センサ１４による検出情報が注意喚起領域の値である場合には第一の送信間隔よりも、周期の短い第二の送信間隔で、送信処理部１５ｂを介して検出情報を送信する。
第一の送信間隔及び第二の送信間隔は、検出情報の種類等に応じて設定すればよい。例えば、第二の送信間隔は、検出情報が、その異常を速やかに検出し、異常に対して速やかに対処すべきものである場合、或いは、検出情報の変化速度が比較的大きい特性を有する検出情報の場合には、比較的短い送信間隔となるように設定する等、検出センサ１４による検出対象、この場合には軸受本体５やこの軸受本体５が組み込まれている装置やシステム、また、検出対象の物理量に応じて設定すればよく、第一の送信間隔よりも短い送信間隔であればよい。
第一の送信間隔及び第二の送信間隔は、検出情報の種類等に応じて設定すればよい。例えば、第二の送信間隔は、検出情報が、その異常を速やかに検出し、異常に対して速やかに対処すべきものである場合、或いは、検出情報の変化速度が比較的大きい特性を有する検出情報の場合には、比較的短い送信間隔となるように設定する等、検出センサ１４による検出対象、この場合には軸受本体５やこの軸受本体５が組み込まれている装置やシステム、また、検出対象の物理量に応じて設定すればよく、第一の送信間隔よりも短い送信間隔であればよい。
なお、検出センサ１４として検出対象の物理量が異なる複数のセンサを有する場合には、検出センサ１４としての複数のセンサの検出情報を、検出センサ１４の検出情報として一度にまとめて送信するようにしてもよく、各種検出情報ごと、或いは複数の検出情報ごとに送信するようにしてもよい。
各種検出情報ごとに送信する場合には、各種検出情報ごとに閾値を設定し、対応する閾値に基づいて、検出情報ごとに送信間隔を変更すればよい。また、複数の検出情報をまとめて送信する場合には、例えば、各種検出情報ごとに閾値を設定し、いずれか１つ、又は複数の検出情報がその閾値を超えたとき、もしくは複数の検出情報に応じた検出情報相当値を加算又は乗算すること等により得た検出情報評価値がその閾値を超えたときに、検出情報又は検出情報評価値等に合わせて送信間隔を変更し、且つ変更した送信間隔で、複数の検出情報を送信すればよい。
各種検出情報ごとに送信する場合には、各種検出情報ごとに閾値を設定し、対応する閾値に基づいて、検出情報ごとに送信間隔を変更すればよい。また、複数の検出情報をまとめて送信する場合には、例えば、各種検出情報ごとに閾値を設定し、いずれか１つ、又は複数の検出情報がその閾値を超えたとき、もしくは複数の検出情報に応じた検出情報相当値を加算又は乗算すること等により得た検出情報評価値がその閾値を超えたときに、検出情報又は検出情報評価値等に合わせて送信間隔を変更し、且つ変更した送信間隔で、複数の検出情報を送信すればよい。
なお、送信すべき検出情報が複数ある場合の、閾値や送信間隔の設定方法、また、送信間隔の変更方法等は、上述の方法に限るものではなく、各種検出情報の種類や、各種検出情報に異常が生じた場合の対処の緊急度合い等に基づいて設定すればよい。
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、検出センサ１４で検出される検出情報が正常値である場合には、無線送信部１５では検出情報を、比較的送信間隔の長い第一の送信間隔で送信する。
この状態から、軸受本体５に異常が生じ、検出センサ１４の検出情報が正常領域から注意喚起領域の値に変化すると、無線送信部１５では、第一の送信間隔よりも、送信間隔がより短い第二の送信間隔で検出情報を送信する。
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、検出センサ１４で検出される検出情報が正常値である場合には、無線送信部１５では検出情報を、比較的送信間隔の長い第一の送信間隔で送信する。
この状態から、軸受本体５に異常が生じ、検出センサ１４の検出情報が正常領域から注意喚起領域の値に変化すると、無線送信部１５では、第一の送信間隔よりも、送信間隔がより短い第二の送信間隔で検出情報を送信する。
無線受信部５０を介して検出情報を取得する受信側装置では、送信間隔がより短い第二の送信間隔で検出情報を取得するため、検出情報の変化状況をより詳細に把握し、軸受本体５の状態をより詳細に把握することが可能となる。そのため、より速い段階、すなわち異常の初期の段階で検出情報の異常を検出し、対処することができる。その結果、軸受本体５が異常状態で動作することを抑制し、長期間の安定した使用を実現することができる。
また、閾値として、異常である可能性があると判定される検出情報の取り得る範囲と、正常である検出情報の取り得る範囲との境界の値を設定しており、実際に検出情報が異常な値となる以前の段階で、検出情報の送信間隔を短くするようにしている。そのため、受信側装置では、実際に検出情報が異常な値となる以前の段階から、検出情報の変化状況を詳細に把握することができる。その結果、異常の初期の段階で検出情報の異常を把握することができ、検出情報の異常がより進む前の段階で対処することができる。
また、このとき、検出センサ１４の検出情報が正常領域にあるときには、送信間隔がより長い第一の送信間隔で送信している。つまり、検出センサ１４の検出情報が正常値である場合には、検出情報の次の送信タイミングに達するまでの間に、検出情報が非正常値方向に大きく変化することは考えにくい。そのため、検出情報の送信間隔が比較的長くても検出情報が非正常値方向に大きく変化することはない、と予測されるときには、検出情報の送信間隔を長くすることによって、その分電力消費量の低減等を図ることができ、また、検出情報の受信側装置でも、受信した検出情報に対する処理負荷を軽減することができる。
特に、工作機械や産業機械、車両等に用いられる軸受に適用する場合、これら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し、これらの振動や温度は軸受の寿命に影響する。そのため、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については、上位装置では、振動や温度等の周囲環境を検出して監視する必要がある。
上述のように、本発明の一実施形態におけるワイヤレスセンサ付き軸受１は、安全性を確保しつつ長期使用が可能であるため、特に、工作機械や産業機械、車両等に用いられる軸受に適用することによって、信頼性を確保しつつ、軸受や、工作機械や産業機械、車両等の長期使用を可能とすることができる。
上述のように、本発明の一実施形態におけるワイヤレスセンサ付き軸受１は、安全性を確保しつつ長期使用が可能であるため、特に、工作機械や産業機械、車両等に用いられる軸受に適用することによって、信頼性を確保しつつ、軸受や、工作機械や産業機械、車両等の長期使用を可能とすることができる。
図３は、信号処理部１５ａでの処理手順の一例を示すフローチャートである。
信号処理部１５ａは、例えば上位装置等の検出情報の受信側装置から、検出センサ１４による検出動作の開始を指示する開始信号を受信すると、検出センサ１４を予め設定した一定の時間間隔で作動させ、温度等の各種検出情報を取得する（ステップＳ１）。そして、取得した、検出情報と閾値とを比較する（ステップＳ２）。
検出情報が閾値よりも小さく正常領域の値である場合にはステップＳ３に移行し、第一の送信間隔で検出情報を送信する。逆に検出情報が閾値以上であり注意喚起領域の値である場合にはステップＳ４に移行し、第一の送信間隔よりも送信間隔がより短い第二の送信間隔で検出情報を送信する。
信号処理部１５ａは、例えば上位装置等の検出情報の受信側装置から、検出センサ１４による検出動作の開始を指示する開始信号を受信すると、検出センサ１４を予め設定した一定の時間間隔で作動させ、温度等の各種検出情報を取得する（ステップＳ１）。そして、取得した、検出情報と閾値とを比較する（ステップＳ２）。
検出情報が閾値よりも小さく正常領域の値である場合にはステップＳ３に移行し、第一の送信間隔で検出情報を送信する。逆に検出情報が閾値以上であり注意喚起領域の値である場合にはステップＳ４に移行し、第一の送信間隔よりも送信間隔がより短い第二の送信間隔で検出情報を送信する。
このステップＳ１からステップＳ３又はステップＳ４までの処理を、検出情報の受信側装置から検出動作の終了を指示する検出終了信号を受信するまで繰り返し行う（ステップＳ５）。
なお、第二の送信間隔で検出情報を送信するとき、つまり、検出情報が注意喚起領域の値であるときには、検出情報と共に、注意喚起領域の値であることを表すアラーム信号を、検出情報と共に送信するようにしてもよい。
なお、第二の送信間隔で検出情報を送信するとき、つまり、検出情報が注意喚起領域の値であるときには、検出情報と共に、注意喚起領域の値であることを表すアラーム信号を、検出情報と共に送信するようにしてもよい。
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
この第２の実施形態は、無線送信部１５での処理手順が異なること以外は上記第１の実施形態と同様である。
すなわち、この第２の実施形態では、信号処理部１５ａは、検出情報の値と予め設定した複数の閾値との関係によって、送信間隔を変化させる。
この第２の実施形態は、無線送信部１５での処理手順が異なること以外は上記第１の実施形態と同様である。
すなわち、この第２の実施形態では、信号処理部１５ａは、検出情報の値と予め設定した複数の閾値との関係によって、送信間隔を変化させる。
例えば、検出情報として軸受本体５の内部温度を例にとって説明する。
検出情報すなわち内部温度の閾値として、図４に示すように、複数の閾値Ｔ１〜Ｔ６を設定し、内部温度が高温になるほど、すなわち非正常値方向に大きくなるほど、検出情報の送信間隔が短くなるように、閾値と送信間隔とを対応付ける。図４の場合には、内部温度がＴ１より低い場合には送信間隔はｆ６に設定され、内部温度がＴ１以上Ｔ２より低い場合には送信間隔はｆ５に設定される。また、内部温度がＴ２以上Ｔ３より低い場合には送信間隔はｆ４、内部温度がＴ３以上Ｔ４より低い場合には送信間隔はｆ３、内部温度がＴ４以上Ｔ５より低い場合には送信間隔はｆ２、内部温度がＴ５以上Ｔ６より低い場合には送信間隔はｆ１、内部温度がＴ６以上である場合は送信間隔はｆ０に設定される。これら送信間隔は、ｆ０＜ｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ４＜ｆ５＜ｆ６の関係を満足し、内部温度が高くなるほど、つまり内部温度が非正常値方向に大きくなるほど、送信間隔は短くなるように設定され、さらに、内部温度が高くなるほど内部温度の変化量に対する、送信間隔の変化量がより大きくなるように設定される。また、最小の閾値（図４の場合にはＴ１）は、実際に異常が生じたとみなすことのできる内部温度（検出情報）よりも低い値であり、異常が生じる可能性があると予測される値に設定される。
検出情報すなわち内部温度の閾値として、図４に示すように、複数の閾値Ｔ１〜Ｔ６を設定し、内部温度が高温になるほど、すなわち非正常値方向に大きくなるほど、検出情報の送信間隔が短くなるように、閾値と送信間隔とを対応付ける。図４の場合には、内部温度がＴ１より低い場合には送信間隔はｆ６に設定され、内部温度がＴ１以上Ｔ２より低い場合には送信間隔はｆ５に設定される。また、内部温度がＴ２以上Ｔ３より低い場合には送信間隔はｆ４、内部温度がＴ３以上Ｔ４より低い場合には送信間隔はｆ３、内部温度がＴ４以上Ｔ５より低い場合には送信間隔はｆ２、内部温度がＴ５以上Ｔ６より低い場合には送信間隔はｆ１、内部温度がＴ６以上である場合は送信間隔はｆ０に設定される。これら送信間隔は、ｆ０＜ｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ４＜ｆ５＜ｆ６の関係を満足し、内部温度が高くなるほど、つまり内部温度が非正常値方向に大きくなるほど、送信間隔は短くなるように設定され、さらに、内部温度が高くなるほど内部温度の変化量に対する、送信間隔の変化量がより大きくなるように設定される。また、最小の閾値（図４の場合にはＴ１）は、実際に異常が生じたとみなすことのできる内部温度（検出情報）よりも低い値であり、異常が生じる可能性があると予測される値に設定される。
そして、検出センサ１４で検出される内部温度が正常値であって閾値Ｔ１より低い場合には、図４の特性図から、送信間隔は、比較的長いｆ６に設定される。何らかにより内部温度が上昇し始めると内部温度の上昇に伴って、送信間隔がｆ６からｆ５に変更され、閾値Ｔ１〜Ｔ６を跨ぐタイミングで送信間隔が順次切り替わり、より短い送信間隔で検出情報が受信側装置に送信されることになる。
そのため、受信側装置では、内部温度が高温となるほど、すなわち内部温度が非正常値方向に大きくなるほど、より詳細に内部温度の変化状況を把握することができ、且つ内部温度が上昇し、内部温度の変化に対して注意をより払わなければならないときほど、内部温度の変化状態をより短い周期で認識することができる。そのため、内部温度の変化に対する対処をより早い段階でより的確に行うことができる。また、この場合も、内部温度が正常値であるときには検出情報の送信間隔は長いため、不要な検出情報を受信側装置に送信することを抑制し、受信側装置の負荷軽減を図ることができる。
また、最小の閾値Ｔ１として、実際に異常が生じたとみなすことのできる内部温度（検出情報）よりも、より低い内部温度であり、異常が生じる可能性があると予測される値を設定しており、実際に異常が生じる前の、段階から送信間隔をより短くなるようにしているため、受信側装置では、異常が生じる前の段階から検出情報の変化状況を把握することができ、すなわちより早い段階で検出情報の異常の有無を検出することができる。
また、検出情報が、異常が生じているとみなすことはできないが、異常が生じる可能性があるとみなされる閾値Ｔ１相当の値であるときには、送信間隔はｆ５となり、検出情報が正常であるとみなされるときの送信間隔ｆ６よりも送信間隔が短い。そのため、例えば正常な値から一時的な変化で検出情報が閾値Ｔ１を超えたような場合には送信間隔はｆ６から、より送信間隔の短いｆ５に変更されるが、送信間隔の変化量は比較的小さいため、この変更に伴う受信側装置における負荷の増加量は小さくてすむ。そのため、検出情報が、異常な値ではないが、異常が生じる可能性があるとみなされる値にあるときの、受信側装置における負荷の増加を抑制しつつ、実際に異常が生じた場合には、速やかに異常に対する対処を行うことができる。
また、この場合も、検出情報が閾値Ｔ１以上となったとき、或いは、明らかに異常とみなすことのできる閾値以上となったとき等に、非正常時の値であることを表すアラーム信号を、検出情報と共に送信するようにしてもよい。
また、この場合も、検出情報が閾値Ｔ１以上となったとき、或いは、明らかに異常とみなすことのできる閾値以上となったとき等に、非正常時の値であることを表すアラーム信号を、検出情報と共に送信するようにしてもよい。
図５は、第２の実施形態における信号処理部１５ａでの処理手順の一例を示すフローチャートである。
信号処理部１５ａは、例えば上位装置から、検出センサ１４による検出動作の開始を指示する開始信号を受信すると、検出センサ１４を予め設定した一定の時間間隔で作動させ、検出センサ１４から温度等の各種検出情報を取得する（ステップＳ１１）。そして、取得した検出センサ１４の検出情報と閾値とを順に比較して、検出情報が、閾値Ｔ１〜Ｔ６で区切られるどの温度範囲に存在するかを判定する。つまり、Ｔ１未満、或いはＴ６以上であるのか、或いはＴ１〜Ｔ６のいずれの閾値の間に存在するかを判断する（ステップＳ１２）。
信号処理部１５ａは、例えば上位装置から、検出センサ１４による検出動作の開始を指示する開始信号を受信すると、検出センサ１４を予め設定した一定の時間間隔で作動させ、検出センサ１４から温度等の各種検出情報を取得する（ステップＳ１１）。そして、取得した検出センサ１４の検出情報と閾値とを順に比較して、検出情報が、閾値Ｔ１〜Ｔ６で区切られるどの温度範囲に存在するかを判定する。つまり、Ｔ１未満、或いはＴ６以上であるのか、或いはＴ１〜Ｔ６のいずれの閾値の間に存在するかを判断する（ステップＳ１２）。
そして、検出した温度範囲に応じた送信間隔を図４の特性線から特定し（ステップＳ１３）、特定した送信間隔で検出情報を送信する（ステップＳ１４）。つまり、前回検出情報を送信した時点から、特定した送信間隔が経過した時点で検出情報を送信する。
このステップＳ１１からステップＳ１４までの処理を、検出情報の受信側装置から検出動作の終了を指示する検出終了信号を受信するまで繰り返し行う（ステップＳ１５）。
このステップＳ１１からステップＳ１４までの処理を、検出情報の受信側装置から検出動作の終了を指示する検出終了信号を受信するまで繰り返し行う（ステップＳ１５）。
なお、上記第２実施形態では、温度に応じて送信間隔を段階的に変化させる場合について説明したが、これに限るものではない。
例えば図４中に特性線Ｌで示すように、温度の変化に応じて送信間隔を連続的に変化させるようにしてもよく、さらに、温度が高くなるほど送信間隔の変化量が大きくなるように設定してもよい。
この場合には、例えば図４に示す特性線Ｌを表す、温度と送信間隔との対応を表す温度−送信間隔関数を無線送信部１５で記憶しておき、検出センサ１４からの検出情報をもとに、温度−送信間隔関数から、対応する送信間隔を特定し、特定した送信間隔で送信するようにすればよい。
例えば図４中に特性線Ｌで示すように、温度の変化に応じて送信間隔を連続的に変化させるようにしてもよく、さらに、温度が高くなるほど送信間隔の変化量が大きくなるように設定してもよい。
この場合には、例えば図４に示す特性線Ｌを表す、温度と送信間隔との対応を表す温度−送信間隔関数を無線送信部１５で記憶しておき、検出センサ１４からの検出情報をもとに、温度−送信間隔関数から、対応する送信間隔を特定し、特定した送信間隔で送信するようにすればよい。
なお、本発明の一実施形態におけるワイヤレスセンサ付き軸受１は、産業機械用軸受や車両用軸受等の各種軸受に適用することができると共に、軸受を備えた軸受側装置と、この軸受側装置から検出センサ１４の検出情報を受信する受信側装置とを備えた、管理装置やモニタリング装置等に適用することも可能である。
また、上記実施形態では、トーンリング２とコイル３３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。
以上、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例又は実施形態も網羅すると解すべきである。
また、上記実施形態では、トーンリング２とコイル３３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。
以上、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例又は実施形態も網羅すると解すべきである。
１ ワイヤレスセンサ付き軸受
２ トーンリング
３ センサユニット
３３ コイル
４ カバー
５ 軸受本体
１１ 発電部
１２ 充電回路
１３ 二次電池
１４ 検出センサ
１５ 無線送信部
１５ａ 信号処理部
１５ｂ 送信処理部
５１ 内輪
５２ 外輪
５１ａ、５２ａ 溝
５３ 転動体
２ トーンリング
３ センサユニット
３３ コイル
４ カバー
５ 軸受本体
１１ 発電部
１２ 充電回路
１３ 二次電池
１４ 検出センサ
１５ 無線送信部
１５ａ 信号処理部
１５ｂ 送信処理部
５１ 内輪
５２ 外輪
５１ａ、５２ａ 溝
５３ 転動体
Claims (10)
- 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複数の検出センサと、
前記軸受本体に設けられ前記複数の検出センサによる検出情報を無線通信により送信する送信処理部と、
前記軸受本体に設けられ前記送信処理部による前記検出情報の送信間隔を制御し前記検出情報が正常値側から非正常値側に向かう方向を非正常値方向としたとき、前記検出情報が前記非正常値方向に大きな値であるほど、前記送信間隔をより短くする信号処理部と、
前記軸受本体に設けられ前記検出センサと前記送信処理部と前記信号処理部とに電力供給を行う発電部と、
を備え、
前記複数の検出センサの前記検出情報それぞれに対し、前記検出情報の正常値と前記検出情報の非正常値との間に設定した境界値よりも前記正常値側に閾値を設定し、
前記信号処理部は、複数の前記検出情報のうち少なくともいずれか一つがその閾値より前記非正常値側の値を取るとき、全ての前記検出情報の送信間隔を、全ての前記検出情報が前記閾値より前記正常値側の値を取るときの送信間隔よりも短くすることを特徴とするワイヤレスセンサ付き軸受。 - 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送信処理部と、
前記軸受本体に設けられ前記送信処理部による前記検出情報の送信間隔を制御し前記検出情報が正常値側から非正常値側に向かう方向を非正常値方向としたとき、前記検出情報が前記非正常値方向に大きな値であるほど、前記送信間隔をより短くする信号処理部と、
前記軸受本体に設けられ前記検出センサと前記送信処理部と前記信号処理部とに電力供給を行う発電部と、
を備え、
前記信号処理部は、
前記検出情報の正常値と前記検出情報の非正常値との間に設定した境界値よりも前記正常値側に閾値を設定し、前記検出情報が、前記閾値より前記正常値側の値を取るときの送信間隔よりも、前記閾値より前記非正常値側の値を取るときの送信間隔を短くし、
前記検出情報が、前記閾値よりも前記正常値側の値を取るとき、前記検出情報と前記閾値との差が小さいときほど、前記送信間隔を短くすることを特徴とするワイヤレスセンサ付き軸受。 - 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送信処理部と、
前記軸受本体に設けられ前記送信処理部による前記検出情報の送信間隔を制御し前記検出情報が正常値側から非正常値側に向かう方向を非正常値方向としたとき、前記検出情報が前記非正常値方向に大きな値であるほど、前記送信間隔をより短くする信号処理部と、
前記軸受本体に設けられ前記検出センサと前記送信処理部と前記信号処理部とに電力供給を行う発電部と、
を備え、
前記信号処理部は、
前記検出情報の正常値と前記検出情報の非正常値との間に設定した境界値よりも前記正常値側に閾値を設定し、前記検出情報が、前記閾値より前記正常値側の値を取るときの送信間隔よりも、前記閾値より前記非正常値側の値を取るときの送信間隔を短くし、
前記検出情報が、前記閾値よりも前記非正常値側の値を取るとき、
前記検出情報と前記閾値との差が大きいときほど、前記送信間隔をより短くすることを特徴とするワイヤレスセンサ付き軸受。 - 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送信処理部と、
前記軸受本体に設けられ前記送信処理部による前記検出情報の送信間隔を制御し、前記検出情報が正常値側から非正常値側に向かう方向を非正常値方向としたとき、前記検出情報が前記非正常値方向に大きな値であるほど、前記送信間隔をより短くする信号処理部と、
前記軸受本体に設けられ前記検出センサと前記送信処理部と前記信号処理部とに電力供給を行う発電部と、
を備え、
前記信号処理部は、前記検出情報が前記非正常値方向に大きいときほど、前記検出情報の変化量に対する前記送信間隔の変化量をより大きくすることを特徴とするワイヤレスセンサ付き軸受。 - 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送信処理部と、
前記軸受本体に設けられ前記送信処理部による前記検出情報の送信間隔を制御し、前記検出情報が正常値側から非正常値側に向かう方向を非正常値方向としたとき、前記検出情報が前記非正常値方向に大きな値であるほど、前記送信間隔をより短くする信号処理部と、
前記軸受本体に設けられ前記検出センサと前記送信処理部と前記信号処理部とに電力供給を行う発電部と、
を備え、
前記信号処理部は、前記検出情報が前記非正常値方向に向かうにしたがって前記送信間隔を段階的に短くすることを特徴とするワイヤレスセンサ付き軸受。 - 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送信処理部と、
前記軸受本体に設けられ前記送信処理部による前記検出情報の送信間隔を制御し、前記検出情報が正常値側から非正常値側に向かう方向を非正常値方向としたとき、前記検出情報が前記非正常値方向に大きな値であるほど、前記送信間隔をより短くする信号処理部と、
前記軸受本体に設けられ前記検出センサと前記送信処理部と前記信号処理部とに電力供給を行う発電部と、
を備え、
前記信号処理部は、前記検出情報が前記非正常値方向に向かうにしたがって前記送信間隔を連続的に短くすることを特徴とする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ことを特徴とする請求項１から請求項６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つを含むことを特徴とする請求項１から請求項７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ことを特徴とする請求項１から請求項８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ことを特徴とする請求項１から請求項８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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