(57)【要約】【課題】転動装置の回転速度、温度及び振動を検出したセンサの信号を、離れた位置に設置される制御装置等に精度良く伝送することのできるセンサ付き転動装置を提供すること。【解決手段】センサユニット１の振動センサ１３は、転動装置の振動を振動検出部１３１で検出し、ＰＷＭ回路１３２により検出した信号のレベルに応じたパルス幅を有するＰＷＭ信号に変換する。同様に、温度センサ１４は転動装置の温度を温度検出部１４１で検出し、ＰＷＭ回路１４２により検出した信号のレベルに応じたパルス幅のＰＷＭ信号に変換する。これら振動センサ１３及び温度センサ１４のＰＷＭ信号は、回転速度センサ１１、１２のパルス列からなる回転速度検出信号と共に、多芯ケーブル２を介して制御装置３に伝送する。【選択図】図１
2006064024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動装置と、該転動装置の運転状態を検出し、検出信号を多芯ケーブルを用いて外部に設けた制御装置に伝送する複数のセンサと、を備えるセンサ付き転動装置であって、
前記複数のセンサは、
前記転動装置の回転速度に対応する周期のパルス信号を生成する回転速度センサと、
前記転動装置の温度を検出する温度センサ、及び前記転動装置の振動を検出する振動センサの少なくともいずれか一方と、
を含み、
前記温度センサ及び前記振動センサの少なくともいずれか一方は、検出信号をパルス変調するパルス変調手段を備えることを特徴とするセンサ付き転動装置。
【請求項２】
前記パルス変調手段は、検出信号のレベルに応じてパルス幅を変化させるパルス幅変調手段である請求項１に記載のセンサ付き転動装置。
【請求項３】
前記パルス変調手段は、検出信号のレベルに応じてパルス周波数を変化させるパルス周波数変調手段である請求項１に記載のセンサ付き転動装置。
【請求項４】
前記パルス変調手段は、検出信号のレベルに応じてパルスの位置を変化させるパルス位相変調手段である請求項１に記載のセンサ付き転動装置。
【請求項５】
前記転動装置は、転がり軸受である請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ付き転動装置。
【請求項６】
前記転動装置は、直動装置である請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ付き転動装置。
【請求項７】
前記転動装置は、車両用軸受装置である請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ付き転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両や自動車、産業機械等に使用される転動装置に係り、特に、転動装置の運転状態を検出する複数のセンサを備え、検出した信号を多芯ケーブルを介して外部に設けた制御装置に伝送するセンサ付き転動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両及び自動車、産業機械等の回転部分で使用される転がり軸受や、直動部分で使用されるリニアガイド及びボールねじ等の直動装置には、運転状態を監視したり制御するために、通常、回転速度、温度、振動等を検出する各種センサが組み込まれている。例えば、回転速度センサは、軸受の回転速度や回転方向を検出し、検出結果に基づいて軸受を使用する装置の制御を行うものであり、温度センサは、検出した温度から軸受やボールネジ等の温度上昇を推定して、焼き付きや剥離等の異常を検知するものである。また、振動センサは、検出した振動波形や周波数から回転部分又は摺動部分における剥離等の異常を検知するものである。
【０００３】
図３に、鉄道車両用軸受の近傍に設置したセンサユニットにより軸受の運転状態を検知する従来のセンサ付転動装置を例示する。図３において、転動装置は、車輪３８に嵌装された車軸３７と、車軸３７と径方向に対向するハウジング３３との間に配置された転がり軸受３１を備えている。
【０００４】
ハウジング３３の外表面には、内部に連通する取付穴を介してセンサユニット３２が固定されている。センサユニット３２は、車軸３７に取り付けられた歯車３４により軸受３１の回転数を検出する回転速度センサと、転がり軸受３１の振動及び温度をそれぞれ検出する振動センサと温度センサから構成され、検出された信号は１本の多芯ケーブル３５を介して鉄道車両の車体に設置される制御装置３６に伝送される。
【０００５】
図４は、図３に示した従来のセンサ付転動装置センサの電気的な概略構成を示すブロック図である。同図において、センサユニット３２は、回転速度センサＡ相３２１と、回転速度センサＢ相３２２と、転がり軸受３１の振動を検出する振動センサ３２３と、温度を検出する温度センサ３２４から構成され、各センサで検出された信号は、多芯ケーブル３５を介して制御装置３６に伝送される。
【０００６】
ここで、センサユニット３２から出力される回転速度のＡ相信号及びＢ相信号は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、回転速度に逆比例したパルス間隔を有するパルス信号である。また、振動及び温度の各検出信号は、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、それぞれ振動周波数又は加速度、及び温度の変化に対応したアナログ信号である。
【０００７】
しかしながら、センサユニット３２と車体に設置される制御装置３６の間は、通常１０〜２０ｍ離れているので、上記従来のセンサユニット３２から出力される検出信号は、伝送の過程において波形が歪んだり、ノイズの影響を受け易い。特に、振動及び温度の各検出信号のようなアナログ信号の場合は、同一の多芯ケーブル３５で伝送される回転速度検出信号のパルスエッジにおける高周波成分によってノイズが誘起されるとともに、回転速度センサのオープンコレクタトランジスタのオン、オフに応じてグランド線にパルス電流が流れ、これによって振動及び温度の各検出信号のグランドレベルが変動して波形が歪み、検出精度が低下するという問題がある（例えば、特許文献１〜４参照）。
【特許文献１】特表２００２−５４２９７３号公報
【特許文献２】特開平６−２００９２９号公報
【特許文献３】特表２００４−９４３９３号公報
【特許文献４】特表２００４−９３１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、転動装置の回転速度、温度及び振動（又は、加速度）を検出したセンサの信号を、離れた位置に設置される制御装置等に精度良く伝送することのできるセンサ付き転動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するため、本発明に係る転動装置は、下記（１）〜（７）を特徴としている。
【００１０】
（１）転動装置と、該転動装置の運転状態を検出し、検出信号を多芯ケーブルを用いて外部に設けた制御装置に伝送する複数のセンサと、を備えるセンサ付き転動装置であって、前記複数のセンサは、前記転動装置の回転速度に対応する周期のパルス信号を生成する回転速度センサと、前記転動装置の温度を検出する温度センサ、及び前記転動装置の振動を検出する振動センサの少なくともいずれか一方と、を含み、前記温度センサ及び前記振動センサの少なくともいずれか一方は、検出信号をパルス変調するパルス変調手段を備えること。
（２）上記（１）に記載したセンサ付き転動装置であって、前記パルス変調手段は、検出信号のレベルに応じてパルス幅を変化させるパルス幅変調手段であること。
（３）上記（１）に記載したセンサ付き転動装置であって、前記パルス変調手段は、検出信号のレベルに応じてパルス周波数を変化させるパルス周波数変調手段であること。
（４）上記（１）に記載したセンサ付き転動装置であって、前記パルス変調手段は、検出信号のレベルに応じてパルスの位置を変化させるパルス位相変調手段であること。
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載したセンサ付き転動装置であって、前記転動装置は、転がり軸受であること。
（６）上記（１）〜（４）のいずれかに記載したセンサ付き転動装置であって、前記転動装置は、直動装置であること。
（７）上記（１）〜（４）のいずれかに記載したセンサ付き転動装置であって、前記転動装置は、車両用軸受装置であること。
【００１１】
上記（１）の構成のセンサ付き転動装置によれば、パルス列からなる検出信号を出力する回転センサに加え、検出信号をパルス変調する温度センサと振動センサの少なくとも一方を備え、全ての検出信号をパルス信号で同一の多芯ケーブルを介して制御装置に伝送するので、パルスエッジにおける高周波成分によって相互にノイズが誘起されても、制御装置においてローパスフィルタ等によりノイズを除去することが容易であり、検出精度が低下することがない。また、回転速度センサのオープンコレクタトランジスタのオン、オフによるパルス電流でグランド線の電位が変動して検出信号の波形が歪んでも、パルス信号であるため波形整形回路を用いて元の波形を復元することができ、検出誤差を生じにくい。
上記（２）の構成のセンサ付き転動装置によれば、温度センサと振動センサの少なくとも一方のパルス幅変調した検出信号を、回転センサのパルス列からなる検出信号と共に同一の多芯ケーブルを介して制御装置に伝送するので、パルスエッジにおける高周波成分によって相互にノイズが誘起されても、制御装置においてローパスフィルタ等によりノイズを除去することが可能であり、検出精度が低下することがない。また、回転速度センサのオープンコレクタトランジスタのオン、オフによるパルス電流でグランド線の電位が変動して検出信号の波形が歪んでも、波形整形回路を用いて元の波形を復元することができ、検出誤差を生じにくい。
また、上記（３）の構成のセンサ付き転動装置によれば、温度センサと振動センサの少なくとも一方のパルス周波数変調した検出信号を、回転センサのパルス列からなる検出信号と共に同一の多芯ケーブルを介して制御装置に伝送するので、パルスエッジにおける高周波成分によって相互にノイズが誘起されても、制御装置においてローパスフィルタ等によりノイズを除去することが可能であり、検出精度が低下することはない。また、回転速度センサのオープンコレクタトランジスタのオン、オフによるパルス電流でグランド線の電位が変動して検出信号の波形が歪んでも、波形整形回路を用いて元の波形を復元することができ、検出誤差を生じにくい。
さらに、上記（４）の構成のセンサ付き転動装置によれば、温度センサと振動センサの少なくとも一方のパルス位相変調した検出信号を、回転センサのパルス列からなる検出信号と共に同一の多芯ケーブルを介して制御装置に伝送するので、パルスエッジにおける高周波成分によって相互にノイズが誘起されても、制御装置においてローパスフィルタ等によりノイズを除去することが可能であり、検出精度が低下することはない。また、回転速度センサのオープンコレクタトランジスタのオン、オフによるパルス電流でグランド線の電位が変動して検出信号の波形が歪んでも、波形整形回路を用いて元の波形を復元することができ、検出誤差を生じにくい。
また、上述した従来の例では温度センサ及び振動センサの検出信号として図５（ｃ）、（ｄ）に示すようにカーブを描くアナログ信号が制御装置に伝送されるが、上記（１）〜（４）のいずれかの構成のセンサ付き転動装置においては温度センサ及び振動センサの少なくとも一方から検出信号として出力されるパルス信号が制御装置に伝送されるため、回転速度センサのオープンコレクタトランジスタのオン、オフによるパルス電流でグランド線の電位が多少変動しても、検出誤差とならないため、長距離伝送の場合において、多芯ケーブルの芯線径を小さくして芯線の抵抗値が増大しても測定誤差となりにくい。従って、長距離伝送の場合でも多芯ケーブルの芯線径を小さくできるため、コストダウンを図ることが可能である。
また、上記（５）の構成のセンサ付き転動装置によれば、転がり軸受の回転速度を検出してパルス列からなる検出信号を出力する回転センサと、検出信号をパルス変調する温度センサと振動センサの少なくとも一方を備えているので、これらセンサの検出信号を同一の多芯ケーブルを介して制御装置等に精度良く伝送することができる。
また、上記（６）の構成のセンサ付き転動装置によれば、直動装置の回転速度を検出してパルス列からなる検出信号を出力する回転センサと、検出信号をパルス変調する温度センサと振動センサの少なくとも一方を備えることにより、これらセンサの検出信号を同一の多芯ケーブルを介して制御装置等に精度良く伝送することができる。
また、上記（７）の構成のセンサ付き転動装置によれば、鉄道車両、自動車、等といった車両用の軸受装置の回転速度を検出してパルス列からなる検出信号を出力する回転センサと、検出信号をパルス変調する温度センサと振動センサの少なくとも一方を備えることにより、これらセンサの検出信号を同一の多芯ケーブルを介して制御装置等に精度良く伝送することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、転動装置の回転速度、温度及び振動（又は、加速度）を検出したセンサの信号を、離れた位置に設置される制御装置等にノイズの影響を受けずに精度良く伝送することのできるセンサ付き転動装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係るセンサ付き転動装置の一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。なお、本実施形態に係るセンサ付き転動装置は、例えば、鉄道車両の車軸を支承する転がり軸受の運転状態を監視したり、車両の運転を制御するために用いられるものであり、その機構的な構成は、図３において示したものと同一である。
【００１４】
図１は、本発明に係るセンサ付き転動装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。図１において、センサユニット１は、図３に示した転がり軸受３１の運転状態を検出するものであり、回転速度センサＡ１１と、回転速度センサＢ１２と、振動センサ１３と、温度センサ１４と、を有して構成される。
【００１５】
回転速度センサＡ１１及び回転速度センサＢ１２は、２個の磁気式回転センサを図３に示した強磁性体金属製の歯車３４に対向して一定の間隔で配置したもので、歯車の回転に応じて発生する磁束をパルス信号に変換し、電気角で９０°の位相差をもつＡ相信号及びＢ相信号としてオープンコレクタのトランジスタで出力する。なお、磁気式回転センサに代えて、スリットを持つ円盤を車軸に取り付け、スリットを光学的に検出する光電式センサを用いることができる。
【００１６】
センサユニット１の回転速度センサＡ１１、回転速度センサＢ１２、振動センサ１３、及び温度センサ１４から出力される回転速度検出信号、振動センサ信号、及び温度センサ信号は、それぞれ図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すパルス信号として多芯ケーブル２の電線２１、２２、２３、２４に送出され、制御装置３に伝送される。これにより、同時に伝送される複数のパルス信号いずれかのエッジにおける高周波成分によって他のパルス信号にノイズが誘起されても、制御装置３において図示しないローパスフィルタを通すことにより、容易にノイズを除去できる。また、オープンコレクタトランジスタのオン、オフや振動センサ１３、温度センサ１４の出力のオン、オフによるパルス電流でグランド線２５の電位が変動しても、ノイズマージンが大きいため、制御装置３において波形整形回路により元の波形を復元できるので、回転速度の検出は勿論であるが、振動センサ信号や温度センサ信号の検出に誤差を発生することがない。
【００１７】
振動センサ１３は、転がり軸受３１の振動を検出する、例えば可動コイル、圧電素子やＭＥＭＳ（即ち、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）で作製された加速度検出素子からなる振動検出部１３１と、検出した振動信号（即ち、検出信号）のレベルに応じてパルス幅を変化させるＰＷＭ回路（即ち、パルス幅変調回路）１３２を有する構成である。なお、ＰＷＭ回路１３２に代えて、検出した振動信号（即ち、検出信号）のレベルに応じてパルス周波数を変化させるＰＦＭ回路（即ち、パルス周波数変調回路）を用いることができる。また、検出した振動信号（即ち、検出信号）のレベルに応じてパルスの位置を変化させるＰＰＭ回路（即ち、パルス位相変調回路）を用いてもよい。なお、ここで述べた『検出信号のレベルに応じて』とは、検出した信号レベルに対し、生成されるパルス信号の、パルス幅、パルス周波数、或いはパルスの位置を線形的に（比例して）変化させる場合、非線形に変化させる場合、等、信号が１対１に対応していることを意味する。
【００１８】
温度センサ１４は、例えば、サーミスタ、熱電対、ＩＣ温度センサ、等とアンプ等とからなる温度検出部１４１と、振動センサ１３において用いたＰＷＭ回路１３２と同様の構成を有するＰＷＭ回路１４２を有する構成である。なお、ＰＷＭ回路１４２に代えて、ＰＦＭ回路又はＰＰＭ回路を用いることができる。
【００１９】
振動センサ１３及び温度センサ１４からそれぞれ出力される振動検出信号及び温度検出信号は、ＰＷＭ回路１３２、１４２によって変調された、例えば、図２（ｃ）、（ｄ）に示すようなＰＷＭ信号であり、多芯ケーブル２の電線２３、２４を介して制御装置３に伝送される。これにより、電線２１、２２を介して同時に伝送される回転速度検出パルス信号のエッジにおける高周波成分によってＰＷＭ信号にノイズが誘起されても、制御装置３においてローパスフィルタ等を備えることにより容易にノイズを除去できる。また、回転速度検出信号のＡ相又はＢ相のパルス信号を増幅するオープンコレクタトランジスタのオン、オフによるパルス電流でグランド線２５の電位が変動してＰＷＭ信号の波形が歪んでも、制御装置３において波形整形回路を用いることにより元の波形を復元できるので、転がり軸受の振動及び温度を高精度で検出できる。
【００２０】
このような本発明の実施形態におけるセンサ付き転動装置によれば、センサユニット１における振動センサ１３の振動検出部１３１から出力される振動検出信号をＰＷＭ回路１３２でパルス幅変調し、ＰＷＭ信号として多芯ケーブル２を介し制御装置３へ伝送する。また、温度センサ１４の温度検出信号をＰＷＭ回路１４２によりパルス幅変調し、多芯ケーブル２を介して制御装置３へ伝送する。
【００２１】
これにより、多芯ケーブル２を介して同時に伝送される回転速度センサＡ１１及び回転速度センサＢ１２の回転速度検出パルス信号のエッジにおける高周波成分によってＰＷＭ信号にノイズが誘起されても、制御装置３においてローパスフィルタ等を用いて容易にノイズを除去できる。また、回転速度検出信号のＡ相又はＢ相のパルス信号を増幅するオープンコレクタトランジスタのオン、オフによるパルス電流でグランド線２５の電位が変動してＰＷＭ信号の波形が歪んでも、制御装置３において波形整形回路を用いることにより元の波形を復元できるので、転がり軸受の振動及び温度を高精度で検出できる。
【００２２】
また、振動センサ１３および温度センサ１４の検出信号をパルス信号にして伝送しているため、回転速度センサ１１或いは１２のオープンコレクタトランジスタのオン、オフによるパルス電流でグランド線の電位が多少変動しても、検出誤差とならないため、長距離伝送の場合において、多芯ケーブルの芯線径を小さくして芯線の抵抗値が増大しても測定誤差となりにくい。従って、長距離伝送の場合でも多芯ケーブルの芯線径を小さくできるため、コストダウンを図ることが可能である。
【００２３】
以上、説明したように、本発明は、転動装置の回転速度、温度及び振動（又は、加速度）を検出したセンサの信号を、離れた位置に設置される制御装置等に精度良く伝送することのできるセンサ付き転動装置を提供できる効果を有し、高い信頼性が特に要求される自動車や鉄道車両における軸受等のセンサ付き転動装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るセンサ付き転動装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１のセンサ付き転動装置におけるセンサユニットの検出信号波形を示す図である。
【図３】従来のセンサ付き転動装置の概略構成を示す車軸の縦断面図である。
【図４】従来のセンサ付き転動装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】従来のセンサ付き転動装置におけるセンサユニットの検出信号波形を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  センサユニット
１１、１２  回転速度センサ
１３    振動センサ
１３１  振動検出部
１３２、１４２  ＰＷＭ回路
１４    温度センサ
１４１  温度検出部
２  多芯ケーブル
２１、２２、２３、２４、２５  電線
３  制御装置
【図１】
2006064024.tif 000003
【図２】
2006064024.tif 000004
【図３】
2006064024.tif 000005
【図４】
2006064024.tif 000006
【図５】
2006064024.tif 000007