JP6743361B2

JP6743361B2 - ワイヤレスセンサ付き軸受

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Publication number: JP6743361B2
Application number: JP2015198411A
Authority: JP
Inventors: 邦彦笹尾; 俊彦岡村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2015-10-06
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2035-10-06
Also published as: JP2017072170A

Description

本発明は、ワイヤレスセンサ付き軸受に関する。

従来、小型発電機構を有したワイヤレスセンサ付き軸受として、例えば、特許文献１に記載の技術がある。この技術は、シールに形成したコイルと、ロータもしくは保持器にＮ極とＳ極とが交互に繰り返すように配置した永久磁石とを用いて発電を行い、この発電による電力を利用して外輪に固定したケースに設けた温度センサ、送信制御部を駆動し、センサ情報を無線送信するものである。

特開２００３−１３９８３号公報

しかしながら、上記特許文献１の従来技術は、センサ、送信制御部、発電回路、送信用アンテナが軸受外部に形成されており、例えば、既存のセンサレス軸受との置き換えを行う場合に、軸受外部に設けられた構成部品に合わせて、軸受ハウジングの変更を行う必要があるなど置き換えが容易ではなかった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、既存のワイヤレス軸受との置き換えが容易なワイヤレスセンサ付き軸受を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係るワイヤレスセンサ付き軸受は、第１の軌道輪と、第１の軌道輪の外側に第１の軌道輪と同心に配置された第２の軌道輪と、第１の軌道輪と第２の軌道輪との間に設けられた複数の転動体と、第１の軌道輪と第２の軌道輪との間に設けられ、複数の転動体を転動自在に周方向に間隔を空けて保持する環状の保持器と、保持器の転動体を挟んで対向する端面のうち少なくとも一方の端面に設けられた、Ｎ極及びＳ極が周方向に交互に連続して配置された環状の多極リング磁石と、第１の軌道輪及び第２の軌道輪のうち固定支持される方の軌道輪に支持され、第１の軌道輪と第２の軌道輪との間の隙間を塞ぐ環状のシールと、固定支持される方の軌道輪の外表面より内側に設けられた、軌道輪を含む構成部品に生じる物理現象に係る物理量を検出するセンサと、シールの多極リング磁石と対向する側の面に設けられたコイルと、シールの多極リング磁石と対向する側の面又は面とは反対側の面に設けられた送信用アンテナと、シールの多極リング磁石と対向する側の面に設けられた、センサの検出結果に基づく情報を、送信用アンテナを介して無線送信する処理を行う無線処理回路と、シールの多極リング磁石と対向する側の面に設けられた、多極リング磁石とコイルとの相対回転によってコイルに生じる誘導起電力を用いてセンサ及び無線処理回路に駆動電力を供給する電源回路と、を備え、多極リング磁石は、強磁性体材料から形成された環状かつ薄板状のヨークに、Ｎ極及びＳ極が周方向に交互に連続して配置された環状かつ薄板状の磁石を重ね合わせて構成され、保持器の一方の端面にヨーク側の面を接合して設けられており、保持器、ヨーク及び磁石は一体成型されている。

本発明によれば、保持器の転動体を挟んだ少なくとも一方の端面に多極リング磁石を設け、シールの多極リング磁石と対向する側の面又はこの面とは反対側の面に送信用アンテナを設け、シールの多極リング磁石と対向する側の面に、コイル、無線処理回路及び電源回路を設け、固定支持される軌道輪の外表面よりも内側にセンサを設ける構成とした。これにより、各種回路やセンサ等が軌道輪の外表面から外側に突出することがないため、例えば、軸受ハウジングの形状変更等なしに既存の軸受との置き換えを容易に行うことが可能となる。

本発明の実施形態に係るワイヤレスセンサ付き軸受の構成例を示す斜視図であり、（ａ）は、軸受の外観を示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）から第１のシールを取り外しかつ第２の軌道輪の一部を切り取った状態の斜視図、（ｃ）は、第１のシールをコイル及び回路の形成面側から見た斜視図である。第１のシールの回路形成部に保護カバーを装着した一例を示す斜視図である。多極リング磁石の構成例を示す図である。ワイヤレスセンサ付き軸受の部分断面図であり、多極リング磁石とコイルとの対向状態の一例を模式的に示した図である。ワイヤレスセンサ付き軸受の部分断面図であり、電源回路と検出センサとの接続関係の一例を模式的に示した図である。多極リング磁石及びコイルによる発電の原理を説明するための斜視図である。コイルと、各回路と、検出センサとの接続関係を示すブロック図である。電源回路の構成例を示すブロック図である。軸受稼働時の回転数と温度変化との関係を示す図である。（ａ）〜（ｄ）は、検出センサの配設位置の変形例を模式的に示す部分断面図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、部材ないし部分の縦横の寸法や縮尺は実際のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法や縮尺は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（実施形態）
（構成）
本実施形態に係るワイヤレスセンサ付き軸受１は、図１（ａ）に示すように、第１の軌道輪である内輪２と、内輪２の外側に該内輪２と同心に配置された第２の軌道輪である外輪３と、内輪２及び外輪３の間の隙間を塞ぐ第１のシール４及び第２のシール８（後述）とを備える。本実施形態では、内輪２が回転軸（不図示）と共に回転する回転輪となり、外輪３が軸受ハウジング（不図示）等に固定されて回転しない静止輪となる。

以下、ワイヤレスセンサ付き軸受１を、単に「軸受１」と記載する場合がある。
この軸受１は、更に、図１（ｂ）に示すように、内輪２の外周面及び外輪３の内周面との間に設けられた、球状の複数の転動体５、及びこれら複数の転動体５を転動自在に周方向に等間隔を空けて保持する環状の保持器６を備える。加えて、軸受１は、保持器６の転動体５を挟んで対向する２つの端面のうち一方の端面に設けられた多極リング磁石７を備える。
なお、本実施形態では、軸受１を転動体５の形状が球状の玉軸受から構成しているが、この構成に限らず、転動体５の形状が、円錐形状、円筒形状、針状、たる状などのころ軸受から構成してもよい。

更に、軸受１は、図１（ｃ）及び図２に示すように、第１のシール４の多極リング磁石７と対向する側の面に設けられた、コイル４０、電源回路４３、制御回路４４、無線回路４５及びアンテナ４６を備える。
コイル４０は、例えば、銅等の導体を材料としてエッチング法等の薄膜パターン形成方法を用いて第１のシール４の多極リング磁石７と対向する側の面に設けられており、磁束密度（起電力）を大きくするための第１パターン４０ａ及び第２パターン４０ｂと、巻線部分である第３パターン４０ｃとから構成される。

第１パターン４０ａは、第１のシール４の多極リング磁石７と対向する側の端面の外周側端部から内周側に向かって伸びる直線状のパターンが周方向に円弧状に等間隔に形成された櫛状のパターンである。
第２パターン４０ｂは、第１のシール４の多極リング磁石７と対向する側の端面の内周側端部から外周側に向かって伸びる直線状のパターンが第１パターン４０ａの直線状のパターンと互い違いとなるように周方向に円弧状に等間隔に形成された櫛状のパターンである。

第３パターン４０ｃは、始端４０ｓから終端４０ｅに向かって、第１パターン４０ａ及び第２パターン４０ｂの直線状のパターン間の隙間を縫うように矩形に折り返しながら周方向に向かって蛇行する形状のパターンである。
なお、本実施形態では、コイル４０を一層の構成としたが、発電力向上のために多層構造としてもよい。
電源回路４３、制御回路４４、無線回路４５及びアンテナ４６は、第１のシール４の多極リング磁石７と対向する側の面における、コイル４０の形成部分以外の残りの部分に形成されている。そして、本実施形態では、電源回路４３、制御回路４４、無線回路４５及びアンテナ４６は、図２に示すように、これらをグリースや摩耗粉から保護するための保護カバー４７で覆われている。なお、各回路の詳細については後述する。

また、本実施形態において、多極リング磁石７は、図３に示すように、例えば電磁鋼板等の強磁性体材料から形成された環状かつ薄板状のヨーク７０と、Ｓ極とＮ極とが周方向に交互に連続して配置された環状かつ薄板状のマグネットゴムシート７１とを重ね合わせた構成となっている。このようにヨーク７０とマグネットゴムシート７１とを重ね合わせることによって、多極リング磁石７の磁束密度を高めている。
そして、このような構成の多極リング磁石７を、例えば６，６−ナイロン（登録商標）等の非磁性材料で形成された保持器６の転動体５を挟んだ一方の端面に、ヨーク７０側の面を接合して取り付けている。

本実施形態では、高速回転中のマグネットゴムシート７１等の離脱による破損を防止するために、保持器６、ヨーク７０及びマグネットゴムシート７１を、射出成型によって一体成型している。
なお、強度の観点からは、射出成型によって一体成型することが望ましいが、ヨーク７０及びマグネットゴムシート７１を一体成型してなる多極リング磁石７を、保持器６の端面に接着や嵌合等の取付手段で取り付ける構成としてもよい。この構成とすることで、既存のセンサレス軸受の保持器をそのまま用いることが可能となる。

また、マグネットゴムシート７１に代えて、これと同じ構成のプラスチックマグネットを用いる構成としてもよい。
また、多極リング磁石７の劣化を防ぐために、マグネットゴムシート７１又はプラスチックマグネットと、ヨーク７０との表面をフッ素ゴム等で被覆する構成としてもよい。
また、マグネットゴムシート７１又はプラスチックマグネットは、磁束密度を向上させるために、ネオジム磁石又はサマリウムコバルト磁石を含有していることが望ましい。
一方、第１のシール４は、図４及び図５に示すように、例えば電磁鋼板等の強磁性体材料から形成された環状の芯金４１と、芯金４１の表面を被覆するゴム等の絶縁材料から形成された絶縁膜４２とから構成されている。そして、第１のシール４の絶縁膜４２上に、コイル４０、電源回路４３、制御回路４４、無線回路４５及びアンテナ４６が形成されている。

なお、アンテナ４６については、第１のシール４のコイル４０の形成面とは反対側の面に設ける構成としてもよい。この場合、アンテナ４６が第１のシール４の表面から突出しないように、第１のシール４の表面に収容部を設け、アンテナ４６を収容部内に収容する構成としてもよい。
また、コイル４０、電源回路４３、制御回路４４、無線回路４５及びアンテナ４６は、絶縁膜４２上に直接設ける構成に限らず、別基板に形成して、絶縁膜４２上に接着又は嵌合等の取付手段によって取り付ける構成としてもよい。

また、第２のシール８は、内輪２及び外輪３の保持器６及び転動体５を挟んで第１のシール４とは反対側に配置されており、鋼板等から形成された環状の芯金８１と、芯金８１の表面を被覆するゴム等の絶縁材料から形成された絶縁膜８２とから構成されている。
本実施形態において、第１のシール４は、外周側端部を外輪３の内周面の軸方向の一端側に設けられた第１の溝３１の内側に嵌め込んで固定支持し、内周側端部を内輪２の外周面の軸方向の一端側に設けられた第２の溝２１の内側の面に押し当てた状態で配置されている。

また、第２のシール８は、外周側端部を外輪３の内周面の軸方向の他端側に設けられた第３の溝３２の内側に嵌め込んで固定支持し、内周側端部を内輪２の外周面の軸方向の他端側に設けられた第４の溝２２の内側の面に押し当てた状態で配置されている。なお、図４及び図５中の一点鎖線は軸受１の支持する回転軸の軸方向を示す。
即ち、本実施形態において、第１のシール４及び第２のシール８は、接触形のシールから構成されている。なお、第１のシール４及び第２のシール８は、接触形のシールに限らず非接触形のシールから構成してもよい。

上記構成によって、軸受１は、図４に示すように、軸受内部において、保持器６に設けられた多極リング磁石７の磁極面と、第１のシール４に設けられたコイル４０のパターン面とが軸方向に対向して配置される。この対向間隔は、一般に磁石とコイルとの距離が離れるほど磁力が小さくなることから可能な限り小さくすることが望ましい。
そして、回転軸が回転し内輪２が回転すると転動体５が転動し、転動体５から駆動力を受けて保持器６が回転する。これにより、保持器６と共に多極リング磁石７が回転して、多極リング磁石７と静止状態にあるコイル４０とが相対回転する。

多極リング磁石７とコイル４０とが相対回転すると、図６に示すように、マグネットゴムシート７１の各磁極対（磁極７１ｓ及び７１ｎの組）の周りに形成されている磁場Ｈが多極リング磁石７と共に移動し、コイル４０の第３パターン４０ｃの蛇行する面を横切る磁場Ｈの向きが第３パターン４０ｃに対して交番的に変化する。そのため、第３パターン４０ｃの内部には、それぞれの矩形状に折返した部分１１ｃｓが囲う内側を通過する磁場Ｈを打ち消す方向、具体的には、図６に示す瞬間では矢印Ｗ方向に電流が流れるように起電力が発生する。磁場Ｈは、第３パターン４０ｃに対して交番的に変化するので、第３パターン４０ｃに発生する起電力も交番的に変化する。従って、第３パターン４０ｃの始端４０ｓ及び終端４０ｅの間には交流の起電力が発生する。

このとき、多極リング磁石７と第３パターン４０ｃとは、相対的に回転するので、それぞれの真円度、相対的距離、磁極の間隔及び蛇行の間隔などに多少寸法的なばらつきがあっても、始端４０ｓ及び終端４０ｅの間に生じる起電力の変動が少なく、安定した電力を発生することが可能である。
一方、本実施形態に係る軸受１は、図５に示すように、外輪３の内周面における転動体５を挟んで第１のシール４側に検出センサ９が設けられている。検出センサ９は、軸受１の構成部品に生じる物理現象（例えば、発熱、振動、変形等）に係る物理量を検出する１つ以上のセンサから構成されている。

具体的に、本実施形態の検出センサ９は、図７に示すように、温度を検出する温度センサ９０、加速度（振動）を検出する加速度センサ９１及び荷重を検出する荷重センサ９２から構成されている。
本実施形態では、図７に示すように、コイル４０で発電された電力が、電源回路４３を介して駆動電力として、検出センサ９、制御回路４４及び無線回路４５に供給されるように電気的な配線等が構成されている。また、検出センサ９の検出結果は、制御回路４４へと入力されるように電気的な配線等が構成されている。

制御回路４４は、検出センサ９の検出結果を演算処理し、この演算結果と制御信号とを無線回路４５に送信する。この制御信号は、無線回路４５の無線送信動作を制御する信号である。本実施形態では、予め設定した周期で検出結果を無線送信し、送信時以外はスリープ状態となるように無線回路４５の動作を制御する。
無線回路４５は、制御回路４４からの制御信号に従って、予め設定した周期で演算結果を、アンテナ４６を介して外部に無線送信し、送信タイミング以外ではスリープ状態となるように動作する。この無線送信された演算結果は、上位装置等の備える無線受信部１００によって受信される。

アンテナ４６は、本実施形態において、例えばアルミニウム等の抵抗率の小さい金属材料から形成されたマイクロストリップアンテナから構成されている。なお、マイクロストリップアンテナに限らず、ダイポールアンテナ等の他の薄型のアンテナから構成してもよい。
また、電源回路４３は、図８に示すように、整流回路４３０と、平滑回路４３１と、蓄電回路４３２と、蓄電用二次電池４３３と、定電圧出力回路４３４とを備える。
整流回路４３０は、コイル４０から入力される起電力（交流電力）を整流して直流電力へと変換し、この直流電力を平滑回路４３１へと出力する。

平滑回路４３１は、整流回路４３０からの直流電力を平滑化して該直流電力から交流成分を低減し、この低減後の直流電力を蓄電回路４３２に出力する。
蓄電回路４３２は、制御回路４４の演算処理及び無線回路４５の無線送信処理の実行期間は、平滑回路４３１から入力された直流電力を定電圧出力回路４３４に出力する。一方、制御回路４４の演算処理及び無線回路４５の無線送信処理が実行されない期間は、平滑回路４３１から入力された直流電力によって蓄電用二次電池４３３を充電する。
定電圧出力回路４３４は、蓄電回路４３２からの直流電力、又は蓄電用二次電池４３３からの直流電力を一定電圧Ｖｂの駆動電力として制御回路４４、無線回路４５及び検出センサ９に供給する。なお、本実施形態では、蓄電用二次電池４３３に蓄電された電力は、検出センサ９、制御回路４４及び無線回路４５の起動後のサポート用の駆動電力として用いられる。

以上の構成によって、本実施形態に係る軸受１は、ワイヤレスセンサ部を構成する検出センサ９、制御回路４４、無線回路４５及びアンテナ４６と、電源部を構成する多極リング磁石７、コイル４０及び電源回路４３とが全て軸受１の内部に収容される構成となる。即ち、本実施形態に係る軸受１は、既存のセンサレス軸受と同様に軸受外部に突出して形成されたワイヤレスセンサ部や電源部等のない外観構成（寸法も同等）となる。

（動作）
次に、本実施形態に係る軸受１の動作を説明する。
軸受１の支持する回転軸（不図示）が回転することで内輪２が回転し、この回転に伴って転動体５が転動し、転動体５からの駆動力によって保持器６が回転する。これにより、保持器６の端面に設けられた多極リング磁石７の磁極面と第１のシール４の内側の面に設けられたコイル４０のパターン面とが対面しつつ回転軸回りに相対的に回転運動を行う。
この相対的な回転運動によって、コイル４０を構成する第３パターン４０ｃの始端４０ｓ及び終端４０ｅとの間に交流の起電力が発生する。この起電力は、電源回路４３に入力され、電源回路４３において、整流及び平滑化されて直流電力に変換され、この直流電力が蓄電回路４３２を経て定電圧出力回路４３４から一定電圧Ｖｂの駆動電力として、制御回路４４、無線回路４５及び検出センサ９へと供給される。

これにより、所定電力以上の駆動電力が供給されることで、検出センサ９、制御回路４４及び無線回路４５が起動する。ここでは、検出センサ９、制御回路４４及び無線回路４５がいずれも起動したとする。
検出センサ９は、温度センサ９０が外輪３の温度検出を開始し、加速度センサ９１が外輪３に生じる振動に応じた加速度の検出を開始し、荷重センサ９２が外輪３にかかる荷重の検出を開始する。
これらセンサ９０〜９２で検出した温度、加速度及び荷重の検出結果は、制御回路４４に入力される。

制御回路４４は、検出センサ９から入力された、温度、加速度及び荷重の検出結果を演算処理する。そして、この演算結果を含む制御信号を予め設定した周期で無線回路４５に出力する。
無線回路４５は、制御回路４４からの制御信号に従って、演算結果を、アンテナ４６を介して無線送信する。なお、無線回路４５は、制御信号が入力されていない期間はスリープ状態となって消費電力を抑える。
アンテナ４６を介して無線送信された演算結果は、上位装置等の備える無線受信部１００において受信される。

一方、制御回路４４による演算処理及び無線回路４５による無線送信処理が実行されない期間は、蓄電回路４３２によって蓄電用二次電池４３３の充電が行われる。即ち、余剰分の電力を蓄電する。蓄電用二次電池４３３に蓄電された電力は、検出センサ９、制御回路４４及び無線回路４５の起動後の駆動サポートに用いられる。
ここで、回転軸（内輪２）の回転数と、検出センサ９（ここでは温度センサ９０に着目）、制御回路４４及び無線回路４５の動作との関係を見ると、図９中の太線に示すように、回転軸の回転数が低い初期の期間はコイル４０の発電電力不足によって検出センサ９、制御回路４４及び無線回路４５が起動できない状態となる。そのため、温度センサ９０による温度検出が行われないと共に、制御回路４４の演算処理及び無線回路４５の無線送信処理も行われない（図９中の無線ＯＦＦ）。なお、図９において、横軸は時間、縦軸は回転軸の回転数及び温度センサ９０で検出した温度を示す。

その後、図９中の太線に示すように、回転軸の回転数が高くなって回転数Ａを超えると、検出センサ９、制御回路４４及び無線回路４５が起動して、図９中の細線に示すように、温度センサ９０による温度検出が行われ、予め設定した周期で制御回路４４の演算処理及び無線回路４５の無線送信処理が実行される（図９中の無線ＯＮ）。
引き続き、図９中の太線に示すように、回転軸の回転数が回転数Ｂに向けて徐々に低下していくが、この期間は、蓄電用二次電池４３３による駆動サポートが行われるため、起動に必要な回転数Ａに応じた電力と比較して低い電力で検出センサ９、制御回路４４及び無線回路４５が動作を継続する。即ち、図９中の細線に示すように、温度センサ９０による温度検出が行われ、予め設定した周期で制御回路４４の演算処理及び無線回路４５の無線送信処理が実行される。

引き続き、図９中の太線に示すように、回転軸の回転数が回転数Ｂ以下になると、蓄電用二次電池４３３による駆動サポートができなくなり、検出センサ９、制御回路４４及び無線回路４５が停止する（図９中の無線ＯＦＦ）。
その後、図９中の太線に示すように、回転軸の回転数が高くなって回転数Ａ以上となると、検出センサ９、制御回路４４及び無線回路４５が再び起動し、温度センサ９０による温度検出が再開されると共に、予め設定した周期で実行される制御回路４４の演算処理及び無線回路４５の無線送信処理が再開される（図９中の無線ＯＮ）。
ここで、制御回路４４及び無線回路４５は、無線処理回路に対応し、アンテナ４６は、送信用アンテナに対応する。

（実施形態の効果）
（１）上記実施形態に係るワイヤレスセンサ付き軸受１は、第１の軌道輪としての内輪２と、内輪２の外側に該内輪２と同心に配置された第２の軌道輪としての外輪３と、内輪２及び外輪３との間に設けられた複数の転動体５と、内輪２及び外輪３との間に設けられ、複数の転動体５を転動自在に周方向に等間隔を空けて保持する環状の保持器６と、保持器６の転動体５を挟んで対向する端面のうち一方の端面に設けられた、Ｎ極及びＳ極が周方向に交互に連続して配置された環状の多極リング磁石７と、内輪２及び外輪３のうち固定支持される方の軌道輪に支持され、内輪２と外輪３との間の隙間を塞ぐ環状の第１のシール４及び第２のシール８と、固定支持される方の軌道輪の外表面より内側に設けられた、該軌道輪を含む構成部品に生じる物理現象に係る物理量を検出する検出センサ９と、第１のシール４の多極リング磁石７と対向する側の面に設けられたコイル４０と、第１のシール４の多極リング磁石７と対向する側の面に設けられたアンテナ４６と、第１のシール４の多極リング磁石７と対向する側の面に設けられた、検出センサ９の検出結果に基づく情報を、アンテナ４６を介して無線送信する処理を行う制御回路４４及び無線回路４５と、第１のシール４の多極リング磁石７と対向する側の面に設けられた、多極リング磁石７とコイル４０との相対回転によってコイル４０に生じる誘導起電力を用いて検出センサ９、制御回路４４及び無線回路４５に駆動電力を供給する電源回路４３と、を備える。

この構成であれば、ワイヤレスセンサ部を構成する検出センサ９、制御回路４４、無線回路４５及びアンテナ４６と、電源部を構成する多極リング磁石７、コイル４０及び電源回路４３とを軸受１の内部に収容することが可能となる。即ち、本実施形態に係る軸受１は、軸受外部に突出して形成されたワイヤレスセンサ部や電源部等の突出部のないセンサレス軸受と同等の外観構成とすることが可能である。
これによって、例えば、軸受ハウジングの形状変更等なしに既存の軸受との置き換えを容易に行うことが可能となる。また、既存のセンサレス軸受の構成部品に対して検出センサ９、コイル４０、電源回路４３、制御回路４４、無線回路４５及びアンテナ４６を付加することで構成することが可能である。即ち、構成部品の少なくとも一部を既存の軸受部品で流用できるため、製造を容易に行うことが可能となる。

（２）上記実施形態に係るワイヤレスセンサ付き軸受１は、多極リング磁石７が、強磁性体から形成された環状かつ薄板状のヨーク７０に、Ｎ極及びＳ極が周方向に交互に連続して配置された環状かつ薄板状のマグネットゴムシート７１を重ね合わせて構成され、保持器６の上記一方の端面にヨーク７０側の面を接合して設けられている。
この構成であれば、ヨーク７０によって、マグネットゴムシート７１の磁束密度を高めることが可能となり、コイル４０の発電量を向上することが可能となる。
（３）上記実施形態に係るワイヤレスセンサ付き軸受１は、保持器６、ヨーク７０及びマグネットゴムシート７１が一体成型されている。
この構成であれば、保持器６が高速回転した場合に、ヨーク７０やマグネットゴムシート７１が保持器６から離脱することを低減することが可能となる。

（４）上記実施形態に係るワイヤレスセンサ付き軸受１は、検出センサ９が、温度センサ９０、加速度センサ９１及び荷重センサ９２のうちの少なくとも１つを含んで構成される。
この構成であれば、軸受１の温度、軸受１の振動によって生じる加速度、軸受１にかかる荷重の少なくとも１つを検出し、その検出結果に係る情報を外部に無線送信することが可能となる。
（５）上記実施形態に係るワイヤレスセンサ付き軸受１は、検出センサ９が、軸受ハウジング等に固定支持される外輪３の内周面に設けられている。
この構成であれば、検出センサ９を、軸受の内部に収容することが可能となる。

（６）上記実施形態に係るワイヤレスセンサ付き軸受１は、第１のシール４の多極リング磁石７と対向する側の面に、制御回路４４、無線回路４５、アンテナ４６及び電源回路４３を覆う保護カバー４７を設けた。
この構成であれば、グリースや摩耗粉などから制御回路４４、無線回路４５、アンテナ４６及び電源回路４３を保護することが可能となり、その結果、これら回路やアンテナのグリースや摩耗粉などによる故障の発生を低減することが可能となる。

（変形例）
（１）上記実施形態では、検出センサ９を、静止輪である外輪３の内周面に設ける構成としたが、この構成に限らない。例えば、図１０（ａ）に示すように、外輪３の肩の部分に第５の溝３３を形成し、この第５の溝３３の内側に検出センサ９を設ける構成としてもよい。また、図１０（ｂ）に示すように、外輪３の外周面に第６の溝３４を形成し、この第６の溝３４の内側に検出センサ９を設ける構成としてもよいし、図１０（ｃ）に示すように、外輪３の軸方向端面に第７の溝３５を形成し、この第７の溝３５の内側に検出センサ９を設ける構成としてもよい。また、例えば、図１０（ｄ）に示すように、検出センサ９を、第１のシール４の多極リング磁石７と対向する側の面に設ける構成としてもよい。この構成によって、制御回路４４とセンサ９との間の配線を外部に伸ばす必要が無くなると共に、配線長を短くすることが容易となり、簡易にセンサ信号へのノイズ混入等の影響を低減できる配線構成とすることが可能となる。

（２）上記実施形態では、多極リング磁石７と、コイル４０との組合せによって発電する構成としたが、この構成に限らない。例えば、エレクトレット電極を、保持器６の端面に設け、対向電極を第１のシール４のエレクトレット電極と対向する側の面に設けてエレクトレット電極と対向電極との間の静電誘導によって発電する構成とするなど他の構成としてもよい。
（３）上記実施形態では、温度センサ９０、加速度センサ９１及び荷重センサ９２の３種類のセンサを設ける構成としたが、この構成に限らない。例えば、回転数や湿度を検出するセンサなど他の種類のセンサを設ける構成としてもよい。

（４）上記実施形態では、振動を検出するセンサとして、加速度センサを例に挙げて説明したが、この構成に限らない。例えば、ＡＥ（acoustic emission）センサ、超音波センサ、ショックパルスセンサ、マイクロホン等や、あるいは、速度、加速度、歪み、応力、変位型等、振動に起因して発生する物理量を電気信号化できるものであれば他のセンサを用いる構成としてもよい。
（５）上記実施形態では、第１の軌道輪（内輪）が回転し、第２の軌道輪（外輪）が固定された構成としたが、この構成に限らない。例えば、内輪が固定され、外輪が回転する構成としてもよい。

（６）上記実施形態では、多極リング磁石７を、保持器６の転動体５を挟んで対向する端面のうち一方の端面に設ける構成としたが、この構成に限らない。例えば、発電量を増やすために、多極リング磁石７を保持器６の転動体５を挟んで対向する端面の両方に設ける構成としてもよい。この場合、コイル４０も、第１のシール４及び第２のシール８の多極リング磁石７とそれぞれ対向する側の面に設ける。

１…ワイヤレスセンサ付き軸受、２…第１の軌道輪（内輪）、３…第２の軌道輪（外輪）、４…第１のシール、５…転動体、６…保持器、７…多極リング磁石、９…検出センサ、４０…コイル、４３…電源回路、４４…制御回路、４５…無線回路、４６…アンテナ、４７…保護カバー、７０…ヨーク、７１…マグネットゴムシート、９０…温度センサ、９１…加速度センサ、９２…荷重センサ

Claims

第１の軌道輪と、
前記第１の軌道輪の外側に該第１の軌道輪と同心に配置された第２の軌道輪と、
前記第１の軌道輪と前記第２の軌道輪との間に設けられた複数の転動体と、
前記第１の軌道輪と前記第２の軌道輪との間に設けられ、前記複数の転動体を転動自在に周方向に間隔を空けて保持する環状の保持器と、
前記保持器の前記転動体を挟んで対向する端面のうち少なくとも一方の端面に設けられた、Ｎ極及びＳ極が周方向に交互に連続して配置された環状の多極リング磁石と、
前記第１の軌道輪及び前記第２の軌道輪のうち固定支持される方の軌道輪に支持され、前記第１の軌道輪と前記第２の軌道輪との間の隙間を塞ぐ環状のシールと、
前記固定支持される方の軌道輪の外表面より内側に設けられた、該軌道輪を含む構成部品に生じる物理現象に係る物理量を検出するセンサと、
前記シールの前記多極リング磁石と対向する側の面に設けられたコイルと、
前記シールの前記多極リング磁石と対向する側の面又は該面とは反対側の面に設けられた送信用アンテナと、
前記シールの前記多極リング磁石と対向する側の面に設けられた、前記センサの検出結果に基づく情報を、前記送信用アンテナを介して無線送信する処理を行う無線処理回路と、
前記シールの前記多極リング磁石と対向する側の面に設けられた、前記多極リング磁石と前記コイルとの相対回転によって前記コイルに生じる誘導起電力を用いて前記センサ及び前記無線処理回路に駆動電力を供給する電源回路と、を備え、
前記多極リング磁石は、強磁性体材料から形成された環状かつ薄板状のヨークに、Ｎ極及びＳ極が周方向に交互に連続して配置された環状かつ薄板状の磁石を重ね合わせて構成され、前記保持器の前記一方の端面に前記ヨーク側の面を接合して設けられており、
前記保持器、前記ヨーク及び前記磁石は一体成型されているワイヤレスセンサ付き軸受。
前記センサは、加速度センサ、温度センサ及び荷重センサのうちの少なくとも１つである請求項１に記載のワイヤレスセンサ付き軸受。
前記センサは、前記固定支持される方の軌道輪の内周面と、前記固定支持される方の軌道輪の外表面に形成した溝部の内側と、前記シールの前記多極リング磁石と対向する側の面とのうち少なくとも１つに設けられている請求項１又は２に記載のワイヤレスセンサ付き軸受。
前記シールの前記多極リング磁石と対向する側の面に、前記無線処理回路及び前記電源回路を覆う保護カバーを設けた請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤレスセンサ付き軸受。