JP7020250B2 - 回転装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転装置に関する。

特許文献１及び特許文献２には、軸受周囲の各種物理量をセンサにより検出し、検出情報を受信側装置へ無線送信するセンサ付きの軸受が記載されている。

特開２００３－３０７４３５号公報 特開２０１６－１３０５７７号公報

センサ付き軸受では、発電部で発電された電力がセンサや通信回路に供給される。センサや通信回路に供給される電力が不足すると、センサや通信回路が正常ではない動作をしたり、意図しないタイミングで動作を停止したりする可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、消費電力を低く抑えることが可能な回転装置を提供することを目的とする。

一態様に係る回転装置は、回転軸を中心に相対的に回転する第１部品及び第２部品を有する回転装置であって、前記第１部品と前記第２部品との相対的な回転に基づいて発電する発電部と、前記発電部が発電する電力によって充電される、充放電可能な蓄電部と、センサと、前記蓄電部に蓄電された電力と、前記センサで検出されるデータとが供給される制御部と、を備え、前記制御部の動作モードは、第１モードと、前記第１モードと比べて単位時間当たりの消費電力が低い第２モードと、を有し、予め設定した条件で、前記センサは前記制御部に第１信号を送信し、前記第２モードの前記制御部が前記第１信号を受信すると、前記第２モードの前記制御部は前記第１モードに移行する。

これによれば、制御部が第２モード（例えば、スリープモード）のときに、センサが検出するデータが予め設定した条件を満たすと、制御部はスリープモードから第１モード（例えば、通常モード）に移行することができる。例えば、制御部がスリープモード中でも、センサが管理値から外れるような異常データを検出した場合、制御部は通常モードに移行してその異常データを記録し、外部に送信することができる。このように、回転装置は、スリープモードによって制御部の消費電力を低く抑えつつ、制御部がスリープモード中でも異常データも見逃さないようにすることができる。

望ましい態様として、前記蓄電部の電圧を監視する電圧監視部、をさらに備え、前記電圧監視部は、前記蓄電部の電圧が第１閾値以下になると前記制御部に第２信号を送信し、前記電圧監視部は、前記蓄電部の電圧が前記第１閾値よりも高い第２閾値以上になると前記制御部に第３信号を送信し、前記第１モードの前記制御部が前記第２信号を受信すると、前記第１モードの前記制御部は前記第２モードに移行し、前記第２モードの前記制御部が前記第３信号を受信すると、前記第２モードの前記制御部は前記第１モードに移行する。

これによれば、制御部は、電力不足となる前に通常モードからスリープモードに移行することができる。これにより、回転装置は、電力不足によって制御部が誤動作することを防止することができる。また、制御部は、電力不足となる前に通常モードからスリープモードに移行することによって、ペア通信等の初期設定のやり直しを回避したり、その実行回数を減らしたりすることができる。これにより、回転装置は、効率的な電力運用が可能である。

望ましい態様として、前記電圧監視部は、前記第２信号を前記制御部に送信する第１電圧監視回路と、前記第３信号を前記制御部に送信する第２電圧監視回路と、を有する。例えば、電圧監視回路にリセットＩＣが用いられると、電圧監視の消費電力が少なくて済む。

望ましい態様として、前記制御部は、前記データを記憶する記憶回路と、前記記憶回路への前記データの書き込みを制御する制御回路と、を有し、前記第１モードは、前記記憶回路への前記データの書き込みを可とするモードであり、前記第２モードは、前記記憶回路への前記データの書き込みを不可とするモードである。これによれば、制御回路は、記憶回路にデータを安定的に書き込むことができ、電源消失による記憶回路の破損を防止することができる。また、回転装置は、スリープモードにおける制御回路の消費電力を低く抑えることができるので、蓄電部への充電の効率を高めることができる。

望ましい態様として、前記記憶回路は不揮発性メモリを有し、前記制御回路は、前記不揮発性メモリに前記データを書き込む。これによれば、記憶回路は、電源が供給されない状態でもデータを保持することができる。

望ましい態様として、前記制御部は、前記データを外部に送信する通信回路、をさらに有し、前記第１モードは、前記通信回路による前記データの送信を可とするモードであり、前記第２モードは、前記通信回路による前記データの送信を不可とするモードである。これによれば、回転装置は、スリープモードにおける通信回路の消費電力を低く抑えることができるので、蓄電部への充電の効率を高めることができる。

望ましい態様として、前記センサは、第１センサと、前記第１センサとは検出の対象が異なる第２センサと、を有する。これによれば、回転装置は、有用なデータをより多く出力することができる。

本発明によれば、消費電力を低く抑えることが可能な回転装置を提供することができる。

図１は、本実施形態のセンサ付き軸受の斜視図である。 図２は、本実施形態のセンサ付き軸受の分解斜視図である。 図３は、本実施形態のセンサ付き軸受であって、発電部と凸部とを含む部分の断面図である。 図４は、本実施形態のセンサ付き軸受であって、発電部と凹部とを含む部分の断面図である。 図５は、本実施形態のセンサ付き軸受であって、センサ基板を含む部分の断面図である。 図６は、本実施形態のセンサ付き軸受における起電力の電圧と時間との関係を説明するための説明図である。 図７は、本実施形態のセンサユニットの平面図である。 図８は、本実施形態のカバーの斜視図である。 図９は、本実施形態の角度センサの出力信号波形の一例を示す図である。 図１０は、本実施形態のセンサ付き軸受の基板に搭載されている回路の構成例を示す図である。 図１１は、本実施形態の蓄電部の電圧変化の一例を模式的に示すグラフである。 図１２は、本実施形態の加速度センサの検出値の変化の一例を示す模式図である。 図１３は、本実施形態の温度センサの検出値の変化の一例を示す模式図である。 図１４は、本実施形態のセンサ付き軸受の基板に搭載されている回路の動作シーケンスの一例を示すフローチャート（メインルーチン）である。 図１５は、本実施形態のスリープ処理の一例を示すフローチャート（サブルーチン）である。 図１６は、本実施形態のセンサ付き軸受の基板に搭載されている回路の動作期間と、ＣＰＵの消費電力との関係を模式的に示す図である。 図１７は、センサ付き軸受の回転数の時間変化の一例を示すグラフである。 図１８は、本実施形態の動作シーケンスの変形例を示すフローチャート（メインルーチン）である。 図１９は、本実施形態のスリープ処理の変形例を示すフローチャート（サブルーチン）である。

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。

図１は、本実施形態のセンサ付き軸受の斜視図である。図２は、本実施形態のセンサ付き軸受の分解斜視図である。図３は、本実施形態のセンサ付き軸受であって、発電部と凸部とを含む部分の断面図である。図４は、本実施形態のセンサ付き軸受であって、発電部と凹部とを含む部分の断面図である。図５は、本実施形態のセンサ付き軸受であって、センサ基板を含む部分の断面図である。図１に示すセンサ付き軸受１は、図２に示すように、センサユニット５と、トーンリング３０と、軸受本体２０とを有している。

図３から図５に示すように、軸受本体２０は、外輪２１と、内輪２２と、転動体２３とを有する転がり軸受である。外輪２１と内輪２２は、回転軸Ａｘ（図１参照）を中心に相対的に回転する。以下、内輪２２が回転輪として説明するが、内輪２２と外輪２１とが相対回転していれば、どちらが回転していてもよい。

カバー１０は、円環状の天板１２と、天板１２の周囲に接続され、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。

図２に示すように、センサユニット５において、複数の発電部３と基板４０とが、天板１２の一方の面１２Ａに取り付けられている。一方の面１２Ａは、軸受本体２０と対向する側の面である。基板４０は、電源基板４１と、センサ基板４２とを有している。

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１９Ａが締結することで、発電部３は、天板１２に固定される。同様に、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に示すように、ボルト１９Ａ及びボルト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している。

トーンリング３０には、外径側に突出する凸部３１と、凸部３１よりも内径側に凹む凹部３２とが周方向に交互に設けられている。トーンリング３０は、軸受本体２０側に突出する筒状突起３３を内周側に有している。トーンリング３０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。

発電部３は、永久磁石１３と、ヨーク１４と、コイル１５とを有している。永久磁石１３は、天板１２に接するように固定されている。ヨーク１４は、永久磁石１３に接するように固定されている。ヨーク１４は、永久磁石１３に磁気的に接続されていればよく、直接接続されていなくてもよい。ヨーク１４は、ケイ素鋼板、ＮｉＦｅ合金などの磁性を有する材料で形成されている。ヨーク１４の内部における磁束量が増えるように、ヨーク１４は、カバー１０の材質と同等以上の透磁率を有する材料が用いられていることが望ましい。ヨーク１４がケイ素鋼板であると、透磁率が高くなり、ヨーク１４内に磁束が通りやすくなる。

コイル１５は、導線がヨーク１４を巻回するいわゆるマグネットワイヤである。隣り合う発電部３のコイル１５同士は、直列に接続され、直列接続された複数の発電部３のコイル１５から引き出された配線が電源基板４１に接続されている。

図３に示すように、側板１１の一端が外輪２１の外周に設けられた溝２１Ａに嵌め込まれ固定される。筒状突起３３は、内輪２２の内周に設けられた溝２２Ａに嵌め込まれ固定されている。これにより、図３及び図４に示すように、ヨーク１４の内周側端面及び天板１２の内周側端面がトーンリング３０の凸部３１又は凹部３２に対向する位置に配置される。そして、カバー１０及びトーンリング３０は、軸受本体２０への取り付けが容易である。

永久磁石１３の磁界により磁束Ｍｆが、ヨーク１４、トーンリング３０の凸部３１又は凹部３２、カバー１０の天板１２を通る。このため、永久磁石１３、ヨーク１４、トーンリング３０の凸部３１又は凹部３２、カバー１０の天板１２が磁気回路となる。

また、図５に示すように、凸部３１の外周側端面３１ＩＦの一部には、トーンリング３０よりも保磁力が大きく、硬磁性を示す磁性体３１１が取り付けられている。例えば、凸部３１の外周側端面３１ＩＦには、磁性体の形状と大きさに対応した凹部が設けられている。この凹部に磁性体３１１は嵌め込まれている。磁性体３１１と、磁性体３１１の周囲の外周側端面３１ＩＦは、面一又はほぼ面一となっている。磁性体３１１は、例えば、硬磁性体の永久磁石である。トーンリング３０において、磁性体３１１の取り付け箇所は１箇所のみである。外輪２１に対して内輪２２が相対的に１回転（３６０°回転）する毎に、磁性体３１１は角度センサ４４３に最も近づく。角度センサ４４３は、例えばホール素子を含む。

図６は、本実施形態のセンサ付き軸受における起電力の電圧と時間との関係を説明するための説明図である。ここで、図６の横軸は時間Ｔであり、縦軸は起電力の電圧Ｖｉである。外輪２１が固定され、内輪２２が回転することによって内輪２２と共にトーンリング３０が回転し、トーンリング３０と発電部３とが相対的に回転する。ヨーク１４にとっては、内周側端面から図３に示す凸部３１の外周側端面３１ＩＦまでのエアギャップと、内周側端面から図４に示す凹部３２の外周側端面３２ＩＦまでのエアギャップと、が交互に入れ替わる。

このように、トーンリング３０の外周の凸部３１と凹部３２とにより、発電部３のヨーク１４とトーンリング３０の外周との距離が周期的に変化する。これにより、発電部３に生じる磁束Ｍｆの密度が変化する。永久磁石１３を備えたヨーク１４とトーンリング３０とが接近している場合には、永久磁石１３、ヨーク１４、トーンリング３０を通る磁束Ｍｆは大きく、ヨーク１４とトーンリング３０とが離れている場合には、永久磁石１３、ヨーク１４、トーンリング３０を通る磁束Ｍｆが小さくなる。この磁束Ｍｆの密度変化に応じて、ヨーク１４の周りにマグネットワイヤを巻いたコイル１５に電圧変化が発生する。

すなわち、ヨーク１４と凸部３１の外周側端面３１ＩＦとが最も近づいたときに、図３に示す磁束Ｍｆが大きくなり、図６に示す起電力の電圧Ｖ１が電源基板４１に供給される。ヨーク１４と凹部３２の外周側端面３２ＩＦとが最も遠ざかるときに、図４に示す磁束Ｍｆが小さくなり、図６に示す起電力の電圧Ｖ２が電源基板４１に供給される。

図７は、本実施形態のセンサユニットの平面図である。図７に示すように、電源基板４１には、電源部４３が実装されている。電源部４３は、発電部３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。センサ基板４２には、センサ４４と、通信回路を有する制御部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。

図８は、本実施形態のカバーの斜視図である。図８に示すように、カバー１０には、貫通孔１２Ｈが開けられている。貫通孔１２Ｈは、図１に示すように、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。上述したように、カバー１０は、軸受本体２０側にアンテナ４７を備えている。ここで、カバー１０は、磁性を有しているので、アンテナ４７からの電磁波をシールドする作用を有している。このため、図７に示すように、軸受本体２０の回転軸Ｚｒ方向からみた平面視において、アンテナ４７が非磁性蓋１７と重なるように配置されている。すなわち、カバー１０のアンテナ４７に対向する部分には、非磁性蓋１７が設けられている。このため、アンテナ４７の電磁波ＷＶは、非磁性蓋１７を介して、通信部１５１へ到達することができる。

また、図８に示すように、天板１２の一方の面１２Ａに、発電部３を配置するための複数の凹部１８が設けられている。例えば、複数の凹部１８の各々は、コイル１５を配置するための第１凹部１８Ａと、永久磁石１３を配置するための第２凹部１８Ｂとを有する。一方の面１２Ａを基準面としたとき、第１凹部１８Ａは第２凹部１８Ｂよりも深い。

図９は、本実施形態の角度センサの出力信号波形の一例を示す図である。図９の横軸は角度センサ４４３に対するトーンリング３０の回転角度（ｄｅｇ）であり、縦軸は角度センサ４４３に生じる検知電圧である。外輪２１が固定され、内輪２２が回転することによって内輪２２と共にトーンリング３０が回転し、トーンリング３０は角度センサ４４３に対して回転する。角度センサ４４３と図３に示した凸部３１の外周側端面３１ＩＦまでのエアギャップと、角度センサ４４３から図４に示した凹部３２の外周側端面３２ＩＦまでのエアギャップと、が交互に入れ替わる。

このように、角度センサ４４３とトーンリング３０との距離が周期的に変化する。これにより、角度センサ４４３を通る磁束密度（磁場）が変化し、角度センサ４４３を通る磁束密度の変化に応じて角度センサ４４３の検知電圧が変化する。例えば、角度センサ４４３とトーンリング３０の凸部３１の外周側端面３１ＩＦとが接近している場合には、角度センサ４４３を通る磁束は大きくなる。このとき、図９に示す電圧Ｖ１１が、角度センサ４４３から出力される。角度センサ４４３とトーンリング３０の凸部３１の外周側端面３１ＩＦとが離れている場合には、角度センサ４４３を通る磁束は小さくなる。このとき、図９に示す電圧Ｖ１２が、角度センサ４４３から出力される。電圧Ｖ１１＞電圧Ｖ１２である。

また、図５に示したように、トーンリング３０よりも強い磁性を示す磁性体３１１が角度センサ４４３に最も近づくとき、図９に示す電圧Ｖ１０が角度センサ４４３から出力される。電圧Ｖ１０＞電圧Ｖ１１である。トーンリング３０において、磁性体３１１の取り付け箇所は１箇所のみである。角度センサ４４３に対してトーンリング３０が相対的に１回転（３６０°回転）する毎に、磁性体３１１は角度センサ４４３に最も近づき、角度センサ４４３から電圧Ｖ１０が１回出力される。このため、電圧Ｖ１０を、角度センサ４４３によって検出される角度の原点とすることができる。本実施形態では、上記原点を検出するために、閾値Ｖｍが設定される。Ｖ１１＜Ｖｍ≦Ｖ１０である。角度センサ４４３から出力される電圧が閾値Ｖｍを越えるとき、制御回路４５１は角度センサ４４３が原点を検出したと判断することができる。

また、角度センサ４４３は、原点を検出してから次に原点を出力するまでの間に、図２に示した凸部３１及び凹部３２の数に応じた周期分の電圧波形を出力する。例えば、角度センサ４４３は、原点を検出してから次に原点を出力するまでの間に、７周期分の電圧波形を出力する。７周期分の電圧波形を出力するとは、Ｖ１０又はＶ１１（極大値）と、Ｖ１２（極小値）とをそれぞれ７個ずつ交互に出力する、ということである。したがって、制御回路４５１は、原点の検出数と、原点を検出してからの極大値と極小値の検出数とをカウントすることで、角度センサ４４３に対するトーンリング３０のおよその回転角度を演算することができる。また、制御回路４５１は、原点の検出数と、原点を検出してからの極大値と極小値の検出数とをカウントすると共に、角度センサ４４３が出力する電圧値を検出することで、角度センサ４４３に対するトーンリング３０の回転角度をより詳細に演算することもできる。

なお、図５に示したように、角度センサ４４３はセンサ基板４２及びカバー１０を介して外輪２１に固定されている。また、トーンリング３０は内輪２２に固定されている。このため、角度センサ４４３に対するトーンリング３０の回転角度は、外輪２１に対する内輪２２の回転角度に等しい。

図１０は、本実施形態のセンサ付き軸受の基板に搭載されている回路の構成例を示す図である。図１０に示すように、センサ付き軸受１の基板４０（図２参照）に搭載されている回路４０Ａは、発電部５０と、電源部４３と、センサ４４と、制御部４５と、電圧監視部４６と、アンテナ４７と、を含む。発電部５０は、図２から図４までに示した複数の発電部３と、トーンリング３０と、で構成される。また、電源部４３は、整流回路４３１と、平滑回路４３２と、蓄電回路４３３と、充放電可能な蓄電部４３４と、出力制御回路４３５と、定電圧出力回路４３６と、を有する。

発電部５０は、単相交流電力を発電して電源部４３の整流回路４３１に出力する。整流回路４３１は、発電部３で発電された単相交流電力を全波整流して直流電力へと変換し、直流電力を平滑回路４３２に出力する。整流回路４３１としてダイオードブリッジが例示されるが、本実施形態はこれに限定されない。平滑回路４３２は、整流回路４３１から出力された直流電力を平滑化して、直流電力から交流成分を低減する。そして、平滑回路４３２は、交流成分が低減された直流電力を蓄電回路４３３に出力する。蓄電回路４３３は、平滑回路４３２から出力された直流電力によって蓄電部４３４を充電する。

出力制御回路４３５は、定電圧出力回路４３６に制御信号を送信して、定電圧出力回路４３６を制御する。定電圧出力回路４３６は、出力制御回路４３５の制御下で、蓄電部４３４から出力される直流電力を一定電圧に調整して、センサ４４及び制御部４５に出力する。

例えば、出力制御回路４３５は、蓄電部４３４の電圧をモニタする。蓄電部４３４の電圧が予め設定した閾値（例えば、後述の図１１の第４管理値ＢＶ４）以上の場合、出力制御回路４３５は定電圧出力回路４３６に電力の供給を指示する信号を送信する。これにより、定電圧出力回路４３６は、蓄電部４３４から出力される直流電力を一定電圧に調整して、センサ４４及び制御部４５に出力する。一方、蓄電部４３４の電圧が予め設定した閾値（例えば、後述の図１１の第１管理値ＢＶ１）未満の場合、出力制御回路４３５は定電圧出力回路４３６に電力の供給停止を指示する信号を送信する。これにより、定電圧出力回路４３６は、センサ４４及び制御部４５への電力供給を停止する。

図１０及び図１１に示すように、センサ４４は、供給される直流電力を使用して、各種の物理量又は化学量を検出する。例えば、センサ４４は、軸受本体２０（図３から図５参照）の振動を検出する加速度センサ４４１と、軸受本体２０の周囲温度を検出する温度センサ４４２と、上述の角度センサ４４３とを有する。また、図示しないが、センサ４４は、軸受本体２０の周囲湿度を検出する湿度センサ、軸受本体２０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２０において生じる摩擦音を検出する超音波センサ等を有してもよい。

また、本実施形態において、加速度センサ４４１は、加速度センサ４４１が所定の大きさ以上の衝撃を検出すると、制御部４５の制御回路４５１に割り込み信号ＩＲＳ１を出力する機能を有する。所定の大きさ以上の衝撃として、後述の図１２に示す上限管理値ＵＣＬ１以上の加速度で例示される。加速度センサ４４１として、「アナログ・デバイセズ社（Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｉｎｃ．）製 加速度センサ（ＡＤＸＬ３７２）」が例示される。

また、温度センサ４４２は、温度センサ４４２が所定の値以上の高温、又は所定の値以下の低温を検出すると、制御部４５の制御回路４５１に割り込み信号ＩＲＳ２を出力する機能を有する。所定の値以上の高温として、例えば、後述の図１３に示す上限管理値ＵＣＬ２１以上の温度が例示される。また、所定の値以下の低温として、後述の図１３に示す下限管理値ＬＣＬ２２以下の温度が例示される。温度センサ４４２として、「テキサス・インスツルメンツ社（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．）製 温度センサＴＭＰ００７」が例示される。

また、角度センサ４４３は、所定の大きさ以上の回転角度、又は、回転速度を検出すると、制御部４５の制御回路４５１に割り込み信号ＩＲＳ３を出力する機能を有する。

制御部４５は、センサ４４によって検出されたデータを記憶したり、アンテナ４７を介して外部に送信したりする。例えば、制御部４５は、制御回路４５１と、記憶回路４５２と、通信回路４５３と、を有する。制御回路４５１は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。記憶回路４５２は、不揮発性メモリを有する。不揮発性メモリとして、ＮＡＮＤ型又はＮＯＲ型のフラッシュメモリが例示される。通信回路４５３は、制御回路４５１を構成するＣＰＵに含まれている。または、通信回路４５３は、ＣＰＵとは別のＩＣチップで構成されていてもよい。制御回路４５１、記憶回路４５２及び通信回路４５３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。

制御回路４５１は、記憶回路４５２と通信回路４５３とを制御する。例えば、制御回路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する（すなわち、Ａ／Ｄ変換する）。また、制御回路４５１は、Ａ／Ｄ変換されたデジタルデータを記憶回路４５２に書き込む。制御回路４５１は、Ａ／Ｄ変換されたデジタルデータをキャッシュメモリに一時的に記憶し、一時的に記憶したデジタルデータを任意のタイミングで読み出して記憶回路４５２に書き込んでもよい。また、制御回路４５１は、記憶回路４５２からデジタルデータを読み出して、通信回路４５３に出力する。

また、制御部４５は、汎用の入出力端子として、ＧＰＩＯ（Ｇｅｎｅｒａｌ－ｐｕｒｐｏｓｅ ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ）ピンを有する。加速度センサ４４１、温度センサ４４２及び角度センサ４４３から出力される割り込み信号ＩＲＳ１、ＩＲＳ２、ＩＲＳ３と、後述の第１リセットＩＣ４６１及び第２リセットＩＣ４６２から出力される第１リセット信号ＲＳＴ１及び第２リセット信号ＲＳＴ２は、ＧＰＩＯピンを介して制御部４５の制御回路４５１にそれぞれ入力される。これにより、制御回路４５１は、割り込み信号ＩＲＳ１、ＩＲＳ２、ＩＲＳ３と、第１リセット信号ＲＳＴ１及び第２リセット信号ＲＳＴ２をそれぞれ監視することができる。

または、制御部４５は、割り込み信号を入力するため専用の割り込みピンを有してもよい。この場合、加速度センサ４４１、温度センサ４４２及び角度センサ４４３から出力される割り込み信号ＩＲＳ１、ＩＲＳ２、ＩＲＳ３と、後述の第１リセットＩＣ４６１及び第２リセットＩＣ４６２から出力される第１リセット信号ＲＳＴ１及び第２リセット信号ＲＳＴ２は、割り込みピンを介して制御部４５の制御回路４５１にそれぞれ入力されてもよい。この場合も、制御回路４５１は、割り込み信号ＩＲＳ１、ＩＲＳ２、ＩＲＳ３と、第１リセット信号ＲＳＴ１及び第２リセット信号ＲＳＴ２をそれぞれ監視することができる。

通信回路４５３は、制御回路４５１の制御下で、記憶回路４５２から読み出されたデジタルデータをアンテナ４７を介して外部に送信する。例えば、図１に示したように、通信回路４５３は、電磁波ＷＶの無線通信により、デジタルデータを外部に送信する。送信されたデジタルデータは、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、センサ付き軸受１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。なお、本実施形態において、通信回路４５３によるデジタルデータの外部への送信は、無線ではなく、有線であってもよい。

電圧監視部４６は、蓄電部４３４の電圧を監視する。電圧監視部４６は、第１リセットＩＣ４６１と、第２リセットＩＣ４６２とを有する。第１リセットＩＣ４６１は、制御部４５の制御回路４５１に第１リセット信号ＲＳＴ１を出力する。例えば、蓄電部４３４の電圧が第２管理値ＢＶ２（後述の図１１参照）よりも大きいとき、第１リセットＩＣ４６１は、第１リセット信号ＲＳＴ１として、電圧が低いロウ（Ｌｏｗ）信号を出力する。蓄電部４３４の電圧が第２管理値ＢＶ２以下のとき、第１リセットＩＣ４６１は、第１リセット信号ＲＳＴ１として、電圧が高いハイ（Ｈｉｇｈ）信号を出力する。第１リセット信号ＲＳＴ１として出力されるＨｉｇｈ信号が、後述のスリープ信号である。

第２リセットＩＣ４６２は、制御部４５の制御回路４５１に第２リセット信号ＲＳＴ２を出力する。例えば、蓄電部４３４の電圧が第３管理値ＢＶ３（後述の図１１参照）未満のとき、第２リセットＩＣ４６２は、第２リセット信号ＲＳＴ２として、電圧が低いロウ（Ｌｏｗ）信号を出力する。蓄電部４３４の電圧が第３管理値ＢＶ３以上のとき、第２リセットＩＣ４６２は、第２リセット信号ＲＳＴ２として、電圧が高いハイ（Ｈｉｇｈ）信号を出力する。第２リセット信号ＲＳＴ２として出力されるＨｉｇｈ信号が、後述のウェイクアップ信号である。なお、第１リセットＩＣ４６１及び第２リセットＩＣ４６２としては、例えば、「エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社製 Ｓ－１００９シリーズ」をそれぞれ用いることができる。

上述したように、本実施形態の発電部５０（図１０参照）は、軸受本体２０（図３参照）の外輪２１（図３参照）に対して内輪２２（図３参照）が回転することによって発電し、発電した電力によって蓄電部４３４が充電される。このように、蓄電部４３４の充電は、外輪２１に対する内輪２２の回転に依存する。蓄電部４３４の充電は、センサ４４（図１０参照）及び制御部４５（図１０参照）の各動作とは関係なく随時行われる。以上を前提に、図１１を参照しながら、蓄電部４３４の電圧変化について説明する。

図１１は、本実施形態の蓄電部の電圧変化の一例を模式的に示すグラフである。図１１において、横軸は時間を示し、縦軸は蓄電部４３４（図１０参照）の電圧を示す。また、図１１のＬ１は、本実施形態の電圧変化の一例を示している。図１１の破線Ｌ２は、比較例の電圧変化を示している。

図１１に示すように、本実施形態では、蓄電部４３４の電圧について、複数の管理値（例えば、第１管理値ＢＶ１から第５管理値ＢＶ５）が予め設定される。第１管理値ＢＶ１は、蓄電部４３４から制御部４５への電源供給がオンからオフに切り替わるときの電圧値である。第２管理値ＢＶ２は、制御部４５が通常モードからスリープモードに移行するときの電圧値である。第３管理値ＢＶ３は、制御部４５がスリープモードから通常モードに復帰するときの電圧値である。第４管理値ＢＶ４は、蓄電部４３４から制御部４５への電源供給がオフからオンに切り替わるときの電圧値である。第５管理値ＢＶ５は、蓄電部４３４が過充電と判断されるときの電圧値である。

なお、スリープモードとは、消費電力を低く抑えて待機する状態のことである。通常モードよりもスリープモードの方が、単位時間当たりの消費電力が小さい。例えば、制御部４５を構成するＣＰＵのスリープモードにおける単位時間当たりの消費電力は、同ＣＰＵの通常モードにおける単位時間当たりの消費電力よりも十分に小さい。制御部４５は、スリープモードでは、ペア通信を行う接続先（例えば、図１の上位装置１５０）のサーチと認証（以下、ペアリング）に電力を使用するが、それ以外の用途では電力を極力消費しないで待機する。

例えば、制御部４５は、スリープモードでは、センサ４４で検出される物理量又は化学量に関するデータの記憶回路４５２への書き込みや読み込み、外部への送信を停止する。このため、制御部４５の単位時間当たりの消費電力は、通常モードよりもスリープモードの方が低く抑えられる。制御部４５の制御回路４５１及び通信回路４５３がＣＰＵで構成されている場合、制御回路４５１及び通信回路４５３の単位時間当たりの消費電力は、ＣＰＵの単位時間当たりの消費電力とほぼ同じである。

図１１では、蓄電部４３４の電圧は当初は約０（Ｖ）であり、その状態から蓄電される場合を示している。発電部５０（図１０参照）が発電すると、その発電された電力は蓄電部４３４に蓄電される。制御部４５（図１０参照）がスリープモードにあるとき、制御部４５の消費電力は低く抑えられているため、蓄電部４３４の電圧は上昇する。蓄電部４３４の電圧が上昇し、その値が第３管理値ＢＶ３以上になると、第２リセットＩＣ４６２はウェイクアップ信号を制御回路４５１に送信する。制御回路４５１がウェイクアップ信号を受信すると、制御部４５はスリープモードから通常モードに移行する。ただし、この段階では、出力制御回路４３５（図１０参照）によって、センサ４４及び制御部４５への電力供給は停止した状態に維持される。蓄電部４３４の電圧がさらに上昇し、その値が第４管理値ＢＶ４以上になると（図１１のＢＰ１参照）、出力制御回路４３５（図１０参照）は、定電圧出力回路４３６（図１０参照）に制御信号を送信して、センサ４４及び制御部４５への電力供給を開始させる。

通常モードの制御部４５に電力が供給されると、制御回路４５１による記憶回路４５２へのデータの書き込みや読み出し、通信回路４５３によるデータの送信等が行われる。このため、制御部４５の消費電力が増大し、蓄電部４３４の電圧は下降する。

次に、蓄電部４３４の電圧値が第２管理値ＢＶ２以下になると（図１１のＢＰ２参照）、第１リセットＩＣ４６１はスリープ信号を制御回路４５１に送信する。制御回路４５１がスリープ信号を受信すると、制御部４５は通常モードからスリープモードに移行する。上述したように、スリープモードでは制御部４５の消費電力が低く抑えられるため、蓄電部４３４の電圧は再び上昇する。

蓄電部４３４の電圧が上昇し、その値が第３管理値ＢＶ３以上になると（図１１のＢＰ３参照）、第２リセットＩＣ４６２はウェイクアップ信号を制御回路４５１に送信する。制御回路４５１がウェイクアップ信号を受信すると、制御部４５はスリープモードから通常モードに復帰する。通常モードでは制御部４５の消費電力が増大するため、蓄電部４３４の電圧は再び下降する。蓄電部４３４の電圧値が第２管理値ＢＶ２以下になると（図１１のＢＰ４参照）、制御部４５は、第１リセットＩＣ４６１からスリープ信号を受信して、通常モードからスリープモードに移行する。

このように、本実施形態において、蓄電部４３４の電圧は、第２管理値ＢＶ２以上、第３管理値ＢＶ３以下の範囲ＶＲ内に維持することが容易である。これにより、センサ４４や制御部４５に供給される電力が不足することを防ぐことができる。また、蓄電部４３４の電圧が上記範囲ＶＲ内にあるときに、記憶回路４５２へのデータの書き込みや読み込み、通信回路４５３によるデータの送信等は、安定的に行われる。これにより、電力不足が原因でセンサ４４や制御部４５が誤動作することを防ぐことができる。

なお、蓄電部４３４の電圧が第１管理値ＢＶ１未満の場合は、蓄電部４３４から制御部４５に電力が供給されたとしても、センサ４４や制御部４５は電力不足で動作しない、又は安定的に動作しない可能性が高い。そのため、蓄電部４３４の電圧が第１管理値ＢＶ１未満の場合、出力制御回路４３５（図１０参照）は、定電圧出力回路４３６（図１０参照）からセンサ４４及び制御部４５への電力供給を停止させる。また、蓄電部４３４の電圧が第５管理値ＢＶ５以上の場合は、蓄電部４３４は過充電となる。この場合は、蓄電回路４３３（図１０参照）は蓄電部４３４への充電を遮断する。

図１１の破線Ｌ２に示すように、比較例では、制御回路にスリープ信号が供給されないため、制御回路等が電力を使い果たして停止する可能性がある。例えば、制御回路が記憶回路にデータを書き込む途中で電力を使い果たして停止してしまうと、データが破損した状態で記憶回路に記憶される可能性がある。また、制御回路及び通信回路は、蓄電部から電力が再供給されたときに接続先と再ペアリングする必要が生じる。このため、比較例は、より多くのエネルギーと時間を消費することになる。

本実施形態では、制御回路４５１及び通信回路４５３が電力を使い果たして停止する前に、リセットＩＣから制御回路４５１にスリープ信号が供給される。このため、本実施形態のセンサ付き軸受１は、電力不足によって、データが破損した状態で記憶回路４５２に記憶されることを防ぐことができる。また、センサ付き軸受１は、接続先（例えば、図１の上位装置１５０）との再ペアリングの必要回数を減らすことができる。これにより、センサ付き軸受１は、再ペアリングに要するエネルギーと時間を減らすことができる。

また、本実施形態では、センサ４４は、その検出値が予め設定した範囲から外れると、制御部４５に割り込み信号を送信する機能を有する。図１２は、本実施形態の加速度センサの検出値の変化の一例を示す模式図である。図１２において、横軸は時間（ｓ）を示し、縦軸は加速度（ｍ／ｓ^２）を示す。図１３は、本実施形態の温度センサの検出値の変化の一例を示す模式図である。図１３において、横軸は時間（ｓ）を示し、縦軸は温度（℃）を示す。

例えば、制御部４５がスリープモードのときに、加速度センサ４４１（図１０参照）が予め設定した範囲から外れる大きさの衝撃を検知した場合を想定する。この場合、図１２において、加速度センサ４４１の検出値が予め設定した上限管理値ＵＣＬ１以上になると、加速度センサ４４１は、制御部４５（図１０参照）に割り込み信号ＩＲＳ１（図１０参照）を送信する。加速度センサ４４１の検出値と、上限管理値ＵＣＬ１との比較は、加速度センサ４４１に内蔵された演算装置（図示せず）が行う。

制御部４５は、スリープモードのとき（例えば、図１１のＢＰ５参照）に割り込み信号ＩＲＳ１を受信すると、動作モードをスリープモードから通常モードに一時的に復帰させる。そして、通常モードに復帰した制御部４５は、検出データの受信、書き込み及び送信を行う。制御部４５がスリープモード中でも、加速度センサ４４１が上限管理値ＵＣＬ１以上の異常データを検出すると、制御部４５は通常モードに移行してその異常データを記録し、外部に送信することができる。このように、センサ付き軸受１は、スリープモードによって制御部４５の消費電力を低く抑えつつ、制御部４５がスリープモード中でも異常データも見逃さないようにすることができる。

通常モードでは制御部４５の消費電力が増大するため、蓄電部４３４の電圧は下降する。その後、加速度センサ４４１の検出値が上限管理値ＵＣＬ１未満になると、加速度センサ４４１は割り込み信号ＩＲＳ１の送信を停止する（例えば、図１１のＢＰ６参照）。これにより、制御部４５は、動作モードを通常モードからスリープモードに移行させる。スリープモードでは制御部４５の消費電力が低く抑えられるため、蓄電部４３４の電圧は上昇する。

また、制御部４５がスリープモードのときに、温度センサ４４２（図１０参照）が予め設定した範囲から外れる温度を検知した場合を想定する。この場合、図１３において、温度センサ４４２（図１０参照）は、その検出値が予め設定した上限管理値ＵＣＬ２１以上、又は、下限管理値ＬＣＬ２２以下になると、制御部４５に割り込み信号ＩＲＳ２（図１０参照）を送信する。温度センサ４４２の検出値と、上限管理値ＵＣＬ２１又は下限管理値ＬＣＬ２２との比較は、温度センサ４４２に内蔵された演算装置（図示せず）が行う。

制御部４５は、スリープモードのとき（例えば、図１１のＢＰ５参照）に割り込み信号ＩＲＳ２を受信すると、動作モードをスリープモードから通常モードに一時的に復帰させる。そして、通常モードに復帰した制御部４５は、検出データの受信、書き込み及び送信を行う。制御部４５がスリープモード中でも、温度センサ４４２が上限管理値ＵＣＬ２１以上、又は、下限管理値ＬＣＬ２２以下の異常データを検出すると、制御部４５は通常モードに移行して、その異常データを記録し、外部に送信することができる。このように、センサ付き軸受１は、スリープモードによって制御部４５の消費電力を低く抑えつつ、制御部４５がスリープモード中でも異常データも見逃さないようにすることができる。

通常モードでは制御部４５の消費電力が増大するため、蓄電部４３４の電圧は下降する。その後、温度センサ４４２の検出値が、下限管理値ＬＣＬ２２よりも大きく、且つ、上限管理値ＵＣＬ２１未満になると、温度センサ４４２は割り込み信号ＩＲＳ２の送信を停止する（例えば、図１１のＢＰ６参照）。これにより、制御部４５は、動作モードを通常モードからスリープモードに移行させる。スリープモードでは制御部４５の消費電力が低く抑えられるため、蓄電部４３４の電圧は上昇する。

図示しないが、角度センサ４４３（図１０参照）にも、上限管理値が予め設定されている。角度センサ４４３の検出値が上限管理値以上になると、角度センサ４４３は、制御部４５に割り込み信号ＩＲＳ３（図１０参照）を送信する。スリープモードのときに割り込み信号ＩＲＳ３を受信したときの制御部４５の動作は、上述した、割り込み信号ＩＲＳ１を受信したときと同じである。

次に、図１０に示した回路４０Ａの動作シーケンスについて説明する。図１４は、本実施形態のセンサ付き軸受の基板に搭載されている回路の動作シーケンスの一例を示すフローチャート（メインルーチン）である。

まず、出力制御回路４３５（図１０参照）が蓄電部４３４（図１０参照）の電圧を確認する（ステップＳＴ１）。次に、出力制御回路４３５は、蓄電部４３４の電圧が予め設定した第４管理値ＢＶ４以上か否かを判断する（ステップＳＴ２）。蓄電部４３４の電圧が第４管理値ＢＶ４以上の場合（ステップＳＴ２；Ｙｅｓ）、出力制御回路４３５は定電圧出力回路４３６に制御信号を送信して、センサ４４（図１０参照）及び制御部４５（図１０参照）への出力を指示する。これにより、定電圧出力回路４３６は、定電圧の電力をセンサ４４及び制御部４５にそれぞれ供給する（ステップＳＴ３）。一方、蓄電部４３４の電圧が第４管理値ＢＶ４未満の場合（ステップＳＴ２；Ｎｏ）は、動作シーケンスはステップＳＴ１に戻る。

電源部４３から電力が供給されると、制御部４５は初期設定を行う（ステップＳＴ４）。例えば、制御回路４５１（図１０参照）及び通信回路４５３（図１０参照）は、初期設定として、ペア通信を行う接続先のサーチと認証（ペアリング）を行う。また、制御回路４５１は、記憶回路４５２（図１０参照）へのデータ転送処理の開始条件と終了条件とを設定する。一例を挙げると、開始条件は、角度センサ４４３から出力される原点（図９参照）の検出である。制御回路４５１は、原点を検出するための閾値Ｖｍ（図９参照）に関する情報を、制御部４５を構成するＣＰＵのレジスタに書き込む。また、終了条件は、原点の検出回数である。制御回路４５１は、終了条件となる原点の検出回数を、制御部４５を構成するＣＰＵのレジスタに書き込む。

センサ４４に定電圧の電力が供給されると、センサ４４は物理量又は化学量の検出を開始する。例えば、加速度センサ４４１は、軸受本体２０（図３から図５参照）の振動を検出して、検出データとしてアナログデータを出力する。温度センサ４４２は、軸受本体２０の周囲温度を検出して、検出データとしてアナログデータを出力する。角度センサ４４３は、外輪２１に対する内輪２２の回転角度を検出して、検出データとしてアナログデータを出力する。制御回路４５１は、センサ４４から検出データとしてアナログデータを受信する（ステップＳＴ５）。アナログデータは、制御回路４５１が有するＡ／Ｄ変換機能によって、デジタルデータにそれぞれ変換される。

制御回路４５１はデジタルデータに変換された検出データを記憶回路４５２に書き込む（ステップＳＴ６）。例えば、制御回路４５１は、制御回路４５１のキャッシュメモリに検出データを一時的に記憶するとともに、キャッシュメモリに記憶した検出データを記憶回路４５２に時分割で出力する（ステップＳＴ６）。記憶回路４５２は、制御回路４５１によって書き込まれた検出データを、電源が供給されない状態でも保持する。

次に、制御回路４５１は、記憶回路４５２から検出データを読み出して、通信回路４５３に出力する。通信回路４５３は、検出データをアンテナ４７から外部に送信する（ステップＳＴ７）。

通信回路４５３による送信処理を終了した後、制御回路４５１は、物理量又は化学量の検出を継続して行うか否かを判断する（ステップＳＴ８）。物理量又は化学量の検出を継続する場合（ステップＳＴ８；Ｙｅｓ）は、動作シーケンスはステップＳＴ１０へ進む。また、物理量又は化学量の検出を継続しない場合（ステップＳＴ８；Ｎｏ）は、動作シーケンスはステップＳＴ９へ進む。ステップＳＴ９では、出力制御回路４３５は、定電圧出力回路４３６に制御信号を送信して、センサ４４及び制御部４５への出力停止を指示する。これにより、定電圧出力回路４３６は、センサ４４及び制御部４５への電力の供給を停止する。そして、回路４０Ａは動作シーケンスを終了する。

一方、ステップＳＴ１０では、出力制御回路４３５は蓄電部４３４の電圧を再び確認する。次に、出力制御回路４３５が、蓄電部４３４の電圧が第１管理値ＢＶ１以上か否かを判断する（ステップＳＴ１１）。蓄電部４３４の電圧が第１管理値ＢＶ１未満の場合（ステップＳＴ１１；Ｎｏ）は、動作シーケンスはステップＳＴ９へ進む。この場合、定電圧出力回路４３６は、センサ４４及び制御部４５への電力の供給を停止する。蓄電部４３４の電圧が第１管理値ＢＶ１以上の場合（ステップＳＴ１１；Ｙｅｓ）は、定電圧出力回路４３６は、センサ４４及び制御部４５への電力の供給を継続する。

電圧監視部４６の第１リセットＩＣ４６１は、蓄電部４３４の電圧に基づく第１リセット信号ＲＳＴ１を制御回路４５１に出力する。制御回路４５１は、第１リセット信号ＲＳＴ１に基づいて、蓄電部４３４の電圧が第２管理値ＢＶ２以下か否かを判断する（ステップＳＴ１２）。例えば、第１リセットＩＣ４６１の閾値電圧は、第２管理値ＢＶ２に設定されている。蓄電部４３４の電圧が第２管理値ＢＶ２以下の場合、第１リセットＩＣ４６１は、第１リセット信号ＲＳＴ１として、Ｈｉｇｈ信号（スリープ信号）を出力する。蓄電部４３４の電圧が第２管理値ＢＶ２よりも大きい場合、第１リセットＩＣ４６１は、第１リセット信号ＲＳＴ１として、Ｌｏｗ信号を出力する。制御回路４５１は、第１リセット信号ＲＳＴ１としてＨｉｇｈ信号（スリープ信号）を受信すると、蓄電部４３４の電圧は第２管理値ＢＶ２以下であると判断する（ステップＳＴ１２：Ｙｅｓ）。また、制御回路４５１は、第１リセット信号ＲＳＴ１としてＬｏｗ信号を受信すると、蓄電部４３４の電圧は第２管理値ＢＶ２よりも大きい（ステップＳＴ１２：Ｎｏ）と判断する。

蓄電部４３４の電圧が第２管理値ＢＶ２よりも大きい場合（ステップＳＴ１２；Ｎｏ）は、動作シーケンスはステップＳＴ５へ戻る。また、蓄電部４３４の電圧が第２管理値ＢＶ２以下の場合（ステップＳＴ１２；Ｙｅｓ）は、制御部４５は、通常モードからスリープモードに移行する（ステップＳＴ１３）。そして、制御部４５は、スリープモードにおける検出処理（以下、スリープ処理）を実行する（ステップＳＴ１４）。

図１５は、本実施形態のスリープ処理の一例を示すフローチャート（サブルーチン）である。図１５のステップＳＴ１４１において、制御回路４５１の動作モードと、制御回路４５１が制御する通信回路４５３の動作モードは、それぞれスリープモードとなっている。ステップＳＴ１４１では、制御回路４５１は、センサ４４からの割り込み信号を受信したか否かを判断する。例えば、制御回路４５１が、割り込み信号ＩＲＳ１、ＩＲＳ２、ＩＲＳ３（図１０参照）のうちいずれか１つ以上を受信したと判断した場合（ステップＳＴ１４１；Ｙｅｓ）、スリープ処理はステップＳＴ１４２へ進む。また、制御回路４５１が、割り込み信号ＩＲＳ１、ＩＲＳ２、ＩＲＳ３のいずれも受信していないと判断した場合（ステップＳＴ１４１；Ｎｏ）、スリープ処理は終了する。

ステップＳＴ１４２では、制御部４５は、制御回路４５１と通信回路４５３の各動作モードを、スリープモードから通常モードに一時的に移行させる。次に、制御回路４５１は、センサ４４から検出データとしてアナログデータを受信する（ステップＳＴ１４３）。アナログデータは、制御回路４５１が有するＡ／Ｄ変換機能によって、デジタルデータにそれぞれ変換される。

制御回路４５１はデジタルデータに変換された検出データを記憶回路４５２に書き込む（ステップＳＴ１４４）。例えば、制御回路４５１は、制御回路４５１のキャッシュメモリに検出データを一時的に記憶するとともに、キャッシュメモリに記憶した検出データを記憶回路４５２の不揮発性メモリに時分割で出力する。記憶回路４５２は、制御回路４５１によって書き込まれた検出データを、電源が供給されない状態でも保持する。

次に、制御回路４５１は、記憶回路４５２から検出データを読み出して、通信回路４５３に出力する。通信回路４５３は、検出データをアンテナ４７から外部に送信する（ステップＳＴ１４５）。

次に、制御回路４５１は、センサ４４からの割り込み信号を再度受信したか否かを判断する（ステップＳＴ１４６）。制御回路４５１が、割り込み信号ＩＲＳ１、ＩＲＳ２、ＩＲＳ３のうちいずれか１つ以上を受信したと判断した場合（ステップＳＴ１４６；Ｙｅｓ）、スリープ処理はステップＳＴ１４３へ戻る。また、制御回路４５１が、割り込み信号ＩＲＳ１、ＩＲＳ２、ＩＲＳ３のいずれも受信していないと判断した場合（ステップＳＴ１４６；Ｎｏ）、スリープ処理はステップＳＴ１４７へ進む。ステップＳＴ１４７では、制御部４５は、制御回路４５１と通信回路４５３の各動作モードを、通常モードからスリープモードに復帰させる（ステップＳＴ１４７）。その後、スリープ処理は終了する。

スリープ処理が終了した後、動作シーケンスは図１４のステップＳＴ１５へ進む。ステップＳＴ１５では、電圧監視部４６の第２リセットＩＣ４６２は、蓄電部４３４の電圧に基づく第２リセット信号ＲＳＴ２を制御回路４５１に出力する。制御回路４５１は、第２リセット信号ＲＳＴ２に基づいて、蓄電部４３４の電圧が第３管理値ＢＶ３以上か否かを判断する。例えば、第２リセットＩＣ４６２の閾値電圧は、第３管理値ＢＶ３に設定されている。蓄電部４３４の電圧が第３管理値ＢＶ３以上の場合、第２リセットＩＣ４６２は、第２リセット信号ＲＳＴ２として、Ｈｉｇｈ信号（ウェイクアップ信号）を出力する。蓄電部４３４の電圧が第３管理値ＢＶ３未満の場合、第２リセットＩＣ４６２は、第２リセット信号ＲＳＴ２として、Ｌｏｗ信号を出力する。制御回路４５１は、第２リセット信号ＲＳＴ２としてＨｉｇｈ信号（ウェイクアップ信号）を受信すると、蓄電部４３４の電圧は第３管理値ＢＶ３以上であると判断する（ステップＳＴ１５：Ｙｅｓ）。また、制御回路４５１は、第２リセット信号ＲＳＴ２としてＬｏｗ信号を受信すると、蓄電部４３４の電圧は第３管理値ＢＶ３未満である（ステップＳＴ１５：Ｎｏ）と判断する。

蓄電部４３４の電圧が第３管理値ＢＶ３以上の場合（ステップＳＴ１５；Ｙｅｓ）、制御部４５は、制御回路４５１及び通信回路４５３の各動作モードを、スリープモードから通常モードに移行させる（ステップＳＴ１６）。制御回路４５１及び通信回路４５３の各動作モードが通常モードに移行した後、動作シーケンスはステップＳＴ５へ戻る。また、蓄電部４３４の電圧が第３管理値ＢＶ３未満の場合（ステップＳＴ１５；Ｎｏ）は、動作シーケンスはステップＳＴ１４へ戻る。この場合、制御回路４５１及び通信回路４５３はスリープモードを維持する。

図１６は、本実施形態のセンサ付き軸受の基板に搭載されている回路の動作期間と、ＣＰＵの消費電力との関係を模式的に示す図である。図１６において、横軸は時間（ｓ）を示し、縦軸は制御回路４５１（図１０参照）及び通信回路４５３（図１０参照）を構成するＣＰＵの単位時間当たりの消費電力（Ｗ）を示す。図１６に示すように、回路４０Ａ（図１０参照）の動作期間は、期間ｔｍ１からｔｍ３に区分される。期間ｔｍ１は、図１４に示したフローチャートのステップＳＴ４が実行される期間である。期間ｔｍ２は、図１４に示したフローチャートのステップＳＴ５、ＳＴ６が実行される期間である。期間ｔｍ３は、図１４に示したフローチャートのステップＳＴ７が実行される期間である。また、図１６において、ＥＰ１は、期間ｔｍ１におけるＣＰＵの消費電力量（Ｊ）を示す。ＥＰ２は、期間ｔｍ２におけるＣＰＵの消費電力量（Ｊ）を示す。ＥＰ３は、期間ｔｍ３におけるＣＰＵの消費電力量（Ｊ）を示す。期間ｔｍ１では、ＣＰＵに突入電流が流れる。このため、期間ｔｍ１の開始直後は、ＣＰＵの単位時間当たりの消費電力は一時的に高くなる。

本実施形態では、制御回路４５１及び通信回路４５３は、蓄電部４３４に蓄電された電力を使い果たして停止する前に、スリープモードに移行して電力の消費を抑制する。スリープモードでは、制御回路４５１及び通信回路４５３は、消費電力を低く抑えつつ、接続先とのペアリングを維持する。これにより、センサ付き軸受１（図１参照）は、期間ｔｍ１の必要回数を減らすことができ、期間ｔｍ２と期間ｔｍ３とを繰り返し行うことができる。これにより、センサ付き軸受１は、消費電力量ＥＰ２、ＥＰ３に対する消費電力量ＥＰ１の割合を減らすことができる。

図１７は、センサ付き軸受の回転数の時間変化の一例を示すグラフである。図１７の横軸は、時間である。図１７の縦軸は、センサ付き軸受の回転速度である。縦軸のＲｓａは、例えば、発電部５０が発電する電力が、蓄電部４３４に蓄電可能な電力を上回るときのセンサ付き軸受１の回転数である。また、縦軸のＲｓｂは、発電部５０が発電する電力が、センサ付き軸受１が有する各種回路の最小消費電力を下回るときのセンサ付き軸受１の回転数である。図１７に示すようにセンサ付き軸受１の回転は、Ｒｓａ以上の高速回転になるときもあるし、Ｒｓｂ以下の低速回転になるときもある。このように、センサ付き軸受１の回転数は時々刻々と変動することが多いため、発電部５０が発電する電力は安定しないことが多い。

しかしながら、センサ付き軸受１の蓄電回路４３３は、上記回転が高速回転のときも低速回転のときも、蓄電部４３４が充電可能であれば、発電部５０が発電する電力を蓄電部４３４に蓄電する。例えば、蓄電回路４３３は、ツェナーダイオードを有する。高速回転の場合、蓄電回路４３３は、発電部５０が発電する電力のうち、余剰電力をツェナーダイオードに流して外部に放出し、残りの電力を蓄電部４３４に流して蓄電する。また、低速回転の場合、蓄電回路４３３は、発電部５０が発電する全ての電力を蓄電部４３４に流して蓄電する。

以上説明したように、本実施形態に係るセンサ付き軸受１は、相対的に回転する外輪２１及び内輪２２を有する軸受本体２０と、外輪２１と内輪２２との相対的な回転に基づいて発電する発電部５０と、発電部５０が発電する電力によって充電される、充放電可能な蓄電部４３４と、軸受本体２０の物理量又は化学量を検出するセンサ４４と、蓄電部４３４に蓄電された電力と、センサ４４で検出される物理量又は化学量に関するデータとが供給される制御部４５と、を備える。制御部４５の動作モードは、通常モードと、通常モードと比べて単位時間当たりの消費電力が低いスリープモードと、を有する。予め設定した条件で、センサ４４は制御部４５に割り込み信号ＩＲＳ１、ＩＲＳ２又はＩＲＳ３を送信する。スリープモードの制御部４５が割り込み信号ＩＲＳ１、ＩＲＳ２又はＩＲＳ３を受信すると、スリープモードの制御部４５は通常モードに移行する。

これによれば、例えば、制御部４５がスリープモードのときに、温度センサ４４２が検出する検出値が、上限管理値ＵＣＬ２１以上、又は、下限管理値ＬＣＬ２２以下になると、制御部４５はスリープモードから通常モードに一時的に移行して、検出データの受信、書き込み及び送信を行うことができる。制御部４５がスリープモード中でも、センサ４４が管理値から外れるような異常データを検出した場合、制御部４５は通常モードに移行してその異常データを記録し、外部に送信することができる。このように、センサ付き軸受１は、スリープモードによって制御部４５の消費電力を低く抑えつつ、制御部４５がスリープモード中でも異常データも見逃さないようにすることができる。

また、センサ付き軸受１は、蓄電部４３４の電圧を監視する電圧監視部４６、をさらに備える。電圧監視部４６は、蓄電部４３４の電圧が第２管理値ＢＶ２以下になると制御部４５に第１リセット信号ＲＳＴ１を送信する。電圧監視部４６は、蓄電部４３４の電圧が第３管理値ＢＶ３以上になると制御部４５に第２リセット信号ＲＳＴ２を送信する。通常モードの制御部４５が第１リセット信号ＲＳＴ１を受信すると、通常モードの制御部４５はスリープモードに移行する。スリープモードの制御部４５が第２リセット信号ＲＳＴ２を受信すると、スリープモードの制御部４５は通常モードに移行する。

これによれば、制御部４５は、電力不足となる前に通常モードからスリープモードに移行することができる。これにより、センサ付き軸受１は、電力不足によって制御部４５が誤動作することを防止することができる。また、制御部４５は、電力不足となる前に通常モードからスリープモードに移行することによって、ペア通信等の初期設定のやり直しを回避したり、その実行回数を減らしたりすることができる。これにより、センサ付き軸受１は、効率的な電力運用が可能である。センサ付き軸受１は、センサ付き軸受１の使用可能な時間を大幅に延ばすことができる。

また、電圧監視部４６は、第１リセット信号ＲＳＴ１を制御部４５に送信する第１リセットＩＣ４６１と、第２リセット信号ＲＳＴ２を制御部４５に送信する第２リセットＩＣ４６２と、を有する。これによれば、蓄電部４３４の電圧監視にリセットＩＣが用いられるため、電圧監視の消費電力が少なくて済む。

例えば、蓄電部４３４の電圧を監視する方法として、リセットＩＣを用いるのではなく、制御回路４５１のＡ／Ｄ変換機能を用いる方法も考えられる。制御回路４５１のＡ／Ｄ変換機能を用いれば、高い精度の分解能で電圧情報を得られることができる。しかし、Ａ／Ｄ変換は電流の消費量が大きい。蓄電部４３４の電圧測定を制御回路４５１のＡ／Ｄ変換機能を用いて行うと、蓄電部４３４に蓄電された電力を大幅に減少させてしまう。本実施形態は、この点を考慮して、蓄電部４３４の電圧監視に低消費電力のリセットＩＣを用いている。これにより、センサ付き軸受１は、電圧監視の消費電力を低く抑えることができる。

また、センサ付き軸受１は、蓄電部４３４の電圧監視にリセットＩＣを用いることによって、制御回路４５１及び通信回路４５３のスリープモードから通常モードへの移行を、好適なタイミングで実行することができる。

詳しく説明すると、制御回路４５１のＡ／Ｄ変換機能による電圧監視を行う場合、通常モードからスリープモードに移行することは可能であるが、スリープモードに入ってしまうと制御回路４５１は低消費電力で待機する。このため、制御回路４５１は、どのタイミングでスリープモードから通常モードに復帰すればよいのか分からなくなる。タイマによるウェイクアップも考えられるが、センサ付き軸受１は受動的に回転して電力を得るため、一定時間後に電力が回復する保証はない。このため、制御回路４５１のＡ／Ｄ変換機能による電圧監視では、スリープモードから通常モードへの復帰を好適なタイミングで実行することは難しい。本実施形態は、この点も考慮して、蓄電部４３４の電圧監視にリセットＩＣを用いている。

センサ付き軸受１は回転させられるものであるため、発電量を制御することはできないが、どんなに低い回転数であったとしても蓄電を行う。本実施形態は、センサ付き軸受１の回転数が時々刻々と変動する不安定な電力事情の中での、誤動作防止対策と省電力化対策である。本実施形態によれば、省電力化が可能であり、不安定な電力事情の中でも誤動作を防止可能なセンサ付き軸受１を提供することができる。

また、通常モードは、記憶回路４５２への検出データの書き込みを可とするモードである。スリープモードは、記憶回路４５２への検出データの書き込みを不可とするモードである。これによれば、制御回路４５１は、記憶回路４５２にデータを安定的に書き込むことができ、電源消失による記憶回路４５２の破損を防止することができる。また、センサ付き軸受１は、スリープモードにおける制御回路４５１の消費電力を低く抑えることができるので、蓄電部４３４への充電の効率を高めることができる。

例えば、制御回路４５１が記憶回路４５２にデータを書き込んでいるときに、電源が失われると、記憶回路４５２が破損する可能性がある。しかしながら、本実施形態では、電圧監視部４６が蓄電部４３４の電圧を監視する。そして、その監視の結果は、制御回路４５１に出力される。これにより、制御回路４５１は、記憶回路４５２へのデータの書き込みを安定的に実行できる電力が、蓄電部４３４に残されているか否かを判断することができる。つまり、制御回路４５１は、記憶回路４５２にデータを安定的に書き込むことができる状態にあるか、それとも、安定的に書き込むことができない状態にあるかを判断することができる。本実施形態では、制御回路４５１による記憶回路４５２へのデータの書き込みは、蓄電部４３４の電圧が十分に高いとき（例えば、第２管理値ＢＶ２以上のとき）に実行される。これにより、制御回路４５１は、記憶回路４５２にデータを安定的に書き込むことができ、電源消失による記憶回路４５２の破損を防止することができる。

また、通常モードは、通信回路４５３による検出データの送信を可とするモードである。スリープモードは、通信回路４５３による検出データの送信を不可とするモードである。これによれば、センサ付き軸受１は、スリープモードにおける通信回路４５３の消費電力を低く抑えることができるので、蓄電部４３４への充電の効率を高めることができる。

上述の加速度センサ４４１の検出値が上限管理値ＵＣＬ１以下であることが、本開示の「予め設定した条件」に対応している。または、上述の温度センサ４４２の検出値が上限管理値ＵＣＬ２１以上、又は、下限管理値ＬＣＬ２２以下であることが、本開示の「予め設定した条件」に対応してもよい。また、割り込み信号ＩＲＳ１、ＩＲＳ２、ＩＲＳ３の中から任意に選択される１つ以上の信号が、本開示の「第１信号」に対応している。上述の第２管理値ＢＶ２が本開示の「第１閾値」に対応し、上述の第３管理値ＢＶ３が本開示の「第２閾値」に対応している。上述のスリープ信号（第１リセット信号ＲＳＴ１のＨｉｇｈ信号）が本開示の「第２信号」に対応している。上述のウェイクアップ信号（第２リセット信号ＲＳＴ２のＨｉｇｈ信号）が本開示の「第３信号」に対応している。上述の加速度センサ４４１、温度センサ４４２及び角度センサ４４３の中から任意に選択される２つのセンサが、本開示の「第１センサ」及び「第２センサ」に対応している。

（実施形態の変形例）
上述の実施形態では、スリープ処理（図１５参照）は、通常モードに一時的に移行した（ステップＳＴ１４２）後、検出データの受信（ステップＳＴ１４３）と、検出データの書き込み（ステップＳＴ１４４）と、検出データの送信（ステップＳＴ１４５）とを順次行うことを説明した。しかしながら、本実施形態において、回路４０Ａ（図１０参照）は、検出データの送信を、スリープ処理を終了した後に行ってもよい。

図１８は、本実施形態の動作シーケンスの変形例を示すフローチャート（メインルーチン）である。図１９は、本実施形態のスリープ処理の変形例を示すフローチャート（サブルーチン）である。図１８において、ステップＳＴ１からステップＳＴ１６までの各処理の順番は、上述の実施形態で説明した図１４と同じである。また、図１９において、ステップＳＴ１４１からステップＳＴ１４４までの各処理の順番は、上述の実施形態で説明した図１５と同じである。

図１９に示すように、実施形態の変形例に係るスリープ処理は、検出データの書き込み（ステップＳＴ１４４）の後、検出データの送信（ステップＳＴ１４５）を行わずに、ステップＳＴ１４６に進む。ステップＳＴ１４６では、制御回路４５１（図１０参照）が、センサ４４（図１０参照）からの割り込み信号を再度受信したか否かを判断する。ステップＳＴ１４６でＹｅｓの場合、スリープ処理はステップＳＴ１４３へ戻る。また、ステップＳＴ１４６でＮｏの場合、スリープ処理はステップＳＴ１４７へ進み、その後、スリープ処理は終了する。

図１８に示すように、実施形態の変形例に係る動作シーケンスは、ステップＳＴ１６の後、ステップＳＴ１７へ進む。ステップＳＴ１７では、制御回路４５１は、記憶回路４５２（図１０参照）に記憶されている検出データのうち、未送信の検出データが有るか否かを判断する。制御回路４５１が、未送信の検出データが有ると判断した場合（ステップＳＴ１７；Ｙｅｓ）、動作シーケンスはステップＳＴ１８へ進む。また、制御回路４５１が、未送信の検出データは無いと判断した場合（ステップＳＴ１７；Ｎｏ）、動作シーケンスはステップＳＴ５へ戻る。

ステップＳＴ１８は、制御回路４５１は、記憶回路４５２から未送信の検出データを読み出して、通信回路４５３に出力する。通信回路４５３は、未送信の検出データをアンテナ４７から外部に送信する。その後、動作シーケンスは、ステップＳＴ５に戻る。

実施形態の変形例によれば、制御部４５は、スリープ処理において検出データの外部への送信（ステップＳＴ１４５）を行わない。これにより、センサ付き軸受１は、スリープ処理における通信回路４５３の消費電力をさらに低く抑えることができる。

なお、本実施形態において、リセットＩＣがハイ（Ｈｉｇｈ）信号又はロウ（Ｌｏｗ）信号を出力するときの閾値電圧の設定値は、上位装置１５０のコンピュータ１５２等によって書き換え可能であってもよい。例えば、第１リセットＩＣ４６１と第２リセットＩＣ４６２は、それぞれレジスタを内蔵していてもよい。上位装置１５０のコンピュータ１５２は、上位装置１５０の通信部１５１を介して、第１リセットＩＣ４６１のレジスタに格納されている第２管理値ＢＶ２を書き換え可能であってもよい。同様に、コンピュータ１５２は、通信部１５１を介して、第２リセットＩＣ４６２のレジスタに格納されている第３管理値ＢＶ３を書き換え可能であってもよい。これによれば、ユーザは、リセットＩＣを交換しなくても、第１リセットＩＣ４６１がスリープ信号を出力するときの電圧値と、第２リセットＩＣ４６２がウェイクアップ信号を出力するときの電圧値とを任意に変更することができる。

また、上記の実施形態では、本開示の電圧監視回路としてリセットＩＣを説明したが、リセットＩＣはあくまで一例である。本開示の電圧監視回路は、例えば、低消費電力で動作するボルテージディテクタや電圧検出器でもよい。また、低消費電力なオペアンプで構成されるコンパレータ回路でもよい。

また、上記の実施形態では、本開示の回転装置としてセンサ付き軸受１を例示したが、本開示の回転装置はセンサ付き軸受に限定されない。本開示の回転装置は、例えば、センサ付き軸受ではなく、軸受と同軸に取り付けられるセンサ付き回転装置であってもよい。

１ センサ付き軸受（回転装置の一例）
１０ カバー
２０ 軸受本体（回転装置本体の一例）
２１ 外輪（第１部品の一例）
２２ 内輪（第２部品の一例）
４０ 基板
４０Ａ 回路
４１ 電源基板
４２ センサ基板
４３ 電源部
４４ センサ
４５ 制御部
４６ 電圧監視部
４７ アンテナ
５０ 発電部
１５０ 上位装置
１５１ 通信部
１５２ コンピュータ
４３４ 蓄電部
４３５ 出力制御回路
４３６ 定電圧出力回路
４４１ 加速度センサ
４４２ 温度センサ
４４３ 角度センサ
４５１ 制御回路
４５２ 記憶回路
４５３ 通信回路
４６１ 第１リセットＩＣ（第１電圧監視回路の一例）
４６２ 第２リセットＩＣ（第２電圧監視回路の一例）
ＢＶ１ 第１管理値
ＢＶ２ 第２管理値
ＢＶ３ 第３管理値
ＢＶ４ 第４管理値
ＢＶ５ 第５管理値
ＩＲＳ１、ＩＲＳ２、ＩＲＳ３ 割り込み信号
ＬＣＬ２２ 下限管理値
ＲＳＴ１ 第１リセット信号
ＲＳＴ２ 第２リセット信号
ＵＣＬ１、ＵＣＬ２１ 上限管理値

Claims (6)

1. 回転軸を中心に相対的に回転する第１部品及び第２部品を有する回転装置であって、
   前記第１部品と前記第２部品との相対的な回転に基づいて発電する発電部と、
   前記発電部が発電する電力によって充電される、充放電可能な蓄電部と、
   センサと、
   前記蓄電部に蓄電された電力と、前記センサで検出されるデータとが供給される制御部と、を備え、
   前記制御部の動作モードは、
   第１モードと、
   前記第１モードと比べて単位時間当たりの消費電力が低い第２モードと、を有し、
   予め設定した条件で、前記センサは前記制御部に第１信号を送信し、
   前記第２モードの前記制御部が前記第１信号を受信すると、前記第２モードの前記制御部は前記第１モードに移行し、
   前記蓄電部の電圧を監視する電圧監視部、をさらに備え、
   前記電圧監視部は、前記蓄電部の電圧が第１閾値以下になると前記制御部に第２信号を送信し、
   前記電圧監視部は、前記蓄電部の電圧が前記第１閾値よりも高い第２閾値以上になると前記制御部に第３信号を送信し、
   前記第１モードの前記制御部が前記第２信号を受信すると、前記第１モードの前記制御部は前記第２モードに移行し、
   前記第２モードの前記制御部が前記第３信号を受信すると、前記第２モードの前記制御部は前記第１モードに移行する、回転装置。
2. 前記電圧監視部は、
   前記第２信号を前記制御部に送信する第１電圧監視回路と、
   前記第３信号を前記制御部に送信する第２電圧監視回路と、を有する請求項１に記載の回転装置。
3. 前記制御部は、
   前記データを記憶する記憶回路と、
   前記記憶回路への前記データの書き込みを制御する制御回路と、を有し、
   前記第１モードは、前記記憶回路への前記データの書き込みを可とするモードであり、
   前記第２モードは、前記記憶回路への前記データの書き込みを不可とするモードである、請求項１又は２に記載の回転装置。
4. 前記記憶回路は不揮発性メモリを有し、
   前記制御回路は、前記不揮発性メモリに前記データを書き込む、請求項３に記載の回転装置。
5. 前記制御部は、
   前記データを外部に送信する通信回路、をさらに有し、
   前記第１モードは、前記通信回路による前記データの送信を可とするモードであり、
   前記第２モードは、前記通信回路による前記データの送信を不可とするモードである、請求項３又は４に記載の回転装置。
6. 前記センサは、
   第１センサと、前記第１センサとは検出の対象が異なる第２センサと、を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の回転装置。

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