(57)【要約】【課題】従来技術のセンサユニットでは、部品点数の増加により、価格が上昇する等の問題があった。【解決手段】本発明にかかるセンサユニットは、回転部材の回転を検出し、インピーダンス整合度情報を出力するインピーダンス調整部２と、インピーダンス調整部２から伝送路を介して供給されたインピーダンス整合度情報に基づくセンサ信号を、ワイヤレスで外部に送信するセンサ信号送信部３と、を備える。また、インピーダンス調整部２は、伝送路上に直列に接続されたインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２と、伝送路と電源電圧端子との間に設けられ、回転部材の回転に応じて容量値が変化する容量素子Ｃ１と、を備える。【選択図】図１
2011179948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転部材の回転を検出し、検出結果を出力するセンサ部と、
前記センサ部から伝送路を介して供給された前記検出結果に基づくセンサ信号を、ワイヤレスで外部に送信するセンサ信号送信部と、を備え、
前記センサ部は、
前記伝送路上に直列に接続されたインダクタンス素子と、
前記伝送路と電源電圧端子との間に設けられ、前記回転部材の回転に応じて容量値が変化する容量素子と、を備えたセンサユニット。
【請求項２】
前記容量素子は、
一端が前記伝送路に接続された第１の電極と、
一端が前記電源電圧端子に接続された第２の電極と、を有し、
前記回転部材の回転に応じて前記第１及び第２の電極間の間隔が変化することを特徴とする請求項１に記載のセンサユニット。
【請求項３】
前記第１及び第２の電極は、
それぞれ直線状に形成され、互いに対向配置されたことを特徴とする請求項２に記載のセンサユニット。
【請求項４】
前記第１及び第２の電極は、
前記回転部材の回転方向に対して垂直に設けられたことを特徴とする請求項２又は３に記載のセンサユニット。
【請求項５】
前記第１及び第２の電極では、
いずれか一方の電極が、他方の電極よりも硬度が低いことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項６】
前記センサ信号送信部は、
前記伝送路に接続された狭帯域アンテナを有し、
前記回転部材が無回転状態の場合に、前記狭帯域アンテナの入力インピーダンスと、前記伝送路の特性インピーダンスと、が異なることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサユニットと、
前記センサユニットから送信された前記センサ信号を受信するセンサ信号受信装置と、を備えたセンサシステム。
【請求項８】
前記センサ信号受信装置は、
前記センサ信号の電波強度に基づいて前記回転部材の回転方向を判定する回転方向判定部を備えた請求項７に記載のセンサシステム。
【請求項９】
前記センサ信号受信装置は、
設定値を格納する設定値格納部をさらに備え、
前記回転方向判定部は、
前記センサ信号の電波強度と、前記設定値と、の比較結果に基づいて前記回転部材の回転方向を判定することを特徴とする請求項８に記載のセンサシステム。
【請求項１０】
前記センサ受信装置は、
前記センサ信号の電波強度に基づいて前記回転部材の回転速度を判定する回転速度判定部を備えた請求項７〜９のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項１１】
前記センサ信号受信装置は、
複数の異なる電波強度の情報と、対応する前記回転部材の回転速度の情報と、を格納する回転速度判定用テーブルをさらに備え、
前記回転速度判定部は、
前記センサ信号の電波強度と、前記回転速度判定用テーブルに格納された情報と、に基づいて、前記回転部材の回転速度を判定することを特徴とする請求項１０に記載のセンサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサユニット及びそれを備えたセンサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
センサシステムにおいて、無線通信機能搭載の適用範囲及び市場の拡大に伴い、近年コスト削減が求められている。その中でも、基板サイズの縮減を目的とした部品点数の削減の要求が高まってきた。
【０００３】
特許文献１には、センサ信号の送信およびセンサ部等への給電が共にワイヤレスで行え、かつ回転数だけでなく、回転方向の検出が行えるワイヤレスセンサ付軸受装置の技術が記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載された従来技術について、図８〜図１２を用いて説明する。図８に示すように、このワイヤレスセンサ付軸受装置は、転がり軸受１１０と、この転がり軸受１１０の回転を検出するセンサ部１０６と、このセンサ部１０６の出力するセンサ信号をワイヤレスで送信するセンサ信号送信部１０９と、上記センサ部１０６およびセンサ信号送信部１０９の動作電力をワイヤレスで受信する電力受信部１０８と、を備える。センサ部１０６は、位相差が略９０°である２つの回転数信号（Ａ相信号およびＢ相信号）を出力する。センサ部１０６の出力は、信号処理手段１１４を介して、または直接にセンサ信号送信部１０９に送られる。
【０００５】
転がり軸受１１０は、内輪１５４と外輪１５５の対向する軌道面間に複数の転動体１５６を介在させたものである。各転動体１５６は保持器１５７により保持されている。内外輪１５４，１５５間の軸受空間の端部は、シール１５８により密封されている。転がり軸受１１０は、内輪１５４と外輪１５５のいずれが回転側であってもよいが、この例では、外輪１５５がハウジング（図示せず）に設置されて静止側となり、内輪１５４が軸１５９に嵌合して軸１５９を回転自在に支持している。
【０００６】
センサ部１０６、センサ信号送信部１０９、および電力受信部１０８は、一体化されたワイヤレスセンサユニット１０４として構成されている。ただし、センサ部１０６のうち、後述のパルサリング１１７については、ワイヤレスセンサユニット１０４と別体とされる。信号処理手段１１４が設けられる場合は、信号処理手段１１４もワイヤレスセンサユニット１０４に含められる。ワイヤレスセンサユニット１０４に対して、ワイヤレスで電力を供給しかつ各センサ信号を受信するセンサ信号受信機１０５が設けられる。
【０００７】
センサ信号受信機１０５は、上記センサ信号送信部１０９から送信されたセンサ信号を受信するセンサ信号受信部１１３と、電力受信部１０８へ動作電力をワイヤレスで送信する給電電力送信部１１２とを備える。センサ信号受信機１０５は、複数のワイヤレスセンサユニット１０４に対してセンサ信号の受信と動作電力の送信を行うものであっても良い。その場合、例えばワイヤレスセンサユニット１０４毎に、送信するセンサ信号を別の周波数のものとする。
【０００８】
電磁波により通信を行うものである場合、ワイヤレス送信するセンサ信号と給電電力の周波数は互いに異なる周波数とされ、複数設けられる各センサ信号も、互いに異なる周波数とされる。ここでは、給電電力の周波数をｆ１とし、センサ信号の周波数をｆ２としている。１台のセンサ信号受信機１０５により複数のワイヤレスセンサユニット１０４に対してセンサ信号の受信と動作電力の送信を行うものである場合は、センサ信号の周波数をワイヤレスセンサユニット１０４毎に別の周波数とする。
【０００９】
センサ部１０６は、パルサリング１１７と、それに対向して設置される磁気センサ１１８とで構成される。パルサリング１１７は、図９に示すように、円周方向に磁極Ｎ，Ｓが並ぶ多極に磁化された磁石、またはギヤー状の凹凸を施した磁性体リングなど、周方向に周期的な変化を有するものである。多極磁石からなるパルサリング１１７と磁気センサ１１８の組合せによると、小型で精度の良い回転センサが構成できる。磁気センサ１１８は、パルサリング１１７の周方向の磁気的変化の周期に対して位相が略９０°離れた２ヵ所に、対向する２つの検出部１１８Ａ，１１８Ｂを有し、位相が略９０°異なる回転数信号を各検出部１１８Ａ，１１８Ｂより出力する。各回転数信号は図１０に示すようなパルス列であり、位相差が略９０°であるＡ相およびＢ相の２つの回転数信号となる。
【００１０】
磁気センサ１１８は磁界センサであり、各検出部１１８Ａ，１１８Ｂのそれぞれが磁界センサとされる。この磁界センサは、磁気抵抗型センサ（「ＭＲセンサ」と呼ばれる）の他に、ホール素子型センサ、フラックスゲート型磁界センサ、ＭＩセンサ等のアクティブ磁界センサを使用することができる。
【００１１】
センサ部１０６のパルサリング１１７は、図８に示すように、転がり軸受１１０の内輪１５４に取付け部材１１７ａを介して取付けられる。磁気センサ１１８は、電力受信部１０８およびセンサ信号送信部１０９と共に、共通のケース１０４ａに収められてワイヤレスセンサユニット１０４を構成し、取付け部材１０４ｂを介して外輪１５５に取付けられる。
【００１２】
センサ部１０６のＡ相およびＢ相の回転数信号は、信号処理手段１１４により、センサ信号送信部１０９によるワイヤレス送信に適合した形態に処理され、センサ信号送信部１０９から送信される。
【００１３】
センサ信号送信部１０９は、例えばＡ相およびＢ相の２つの回転数信号を１つの搬送波に乗せて送信する。１つの搬送波に２つの回転数信号を乗せる形式は、例えば時分割による送信であっても、適宜の信号処理を行った重畳等であっても良い。信号処理手段１１４は、このような時分割送信を行わせる処理、または重畳を行わせる処理等を行う。
【００１４】
図１１に、信号処理手段１１４によって、Ａ相およびＢ相の２つの回転数信号を１つの搬送波に乗せて送信する処理の具体例を示す。この場合、周波数ｆＡ（Ｈｚ）の信号をＡ相信号（ａ）で、周波数ｆＢの信号をＢ相信号でそれぞれＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）変調する。同図（ｂ），（ｄ）は、それぞれＡ相，Ｂ相信号のＡＳＫ変調結果を示す。このＡＳＫ変調された２つの信号（ｂ），（ｄ）を足し合わせた信号（ｅ）で、搬送波をＦＭ変調して送信する。受信側で、上記の足合わせ信号（ｅ）から、２つのＡＳＫ変調信号（ｂ），（ｄ）にフィルタで分離してから、センサ信号を復調する。
【００１５】
センサ信号送信部１０９は、上記位相差が略９０°である２つの回転数信号（Ａ相信号およびＢ相信号）を、例えば図１２に示すように２つの互いに異なる周波数ｆ２，ｆ３の搬送波にそれぞれ乗せて搬送するものとしても良い。その場合、同図のようにセンサ信号送信部１０９を２つ設け、各センサ信号送信部１０９に、Ａ相の検出部１１８Ａの回転数信号、およびＢ相の検出部１１８Ａの回転数信号を送信させる。センサ信号受信機１０５側には、例えば各送信周波数ｆ２，ｆ３に応じた２つのセンサ信号受信部１１３が設けられる。
【００１６】
このように２つの回転数信号を互いに異なる周波数ｆ２，ｆ３の搬送波に乗せて送信するようにした場合、一つの搬送波に２つの信号を乗せるための処理が不要で、センサ信号送信部１０９、あるいはその前段の信号処理手段１１４を含めた構成が簡素なものとできる。
【００１７】
この構成のワイヤレスセンサ付軸受装置によると、内輪１５４と外輪１５５との間の相対回転がセンサ部１０６により回転数信号として検出される。そして、センサ信号送信部１０９によってワイヤレス送信された回転数信号は、センサ信号受信機１０５のセンサ信号受信部１１３により受信される。ここで、センサ部１０６は、位相差が略９０°であるＡ相信号とＢ相信号との２つの回転数信号を出力する。そして、これら２つの回転数信号がセンサ信号受信部１１３により受信される。それにより、このワイヤレスセンサ付軸受装置は、回転数の他に、回転方向も検出可能である。そのため、転がり軸受１１０を装備した機器の制御の高機能化が図れる。
【００１８】
その他の従来技術として、特許文献２には、タイヤの温度及び空気圧を含む複数の測定値を正確に検出可能なタイヤ情報検出装置が開示されている。このタイヤ情報検出装置は、車両のタイヤに装着される測定値送信機と、車両本体に設けられ測定値送信機との間で信号の送受信を行うコントローラとを備える。また、測定値送信機は、アンテナと、コントローラとの間で送受信される信号の変復調を行う変復調器と、コントローラからの信号に応じて共振する共振器と、タイヤの空気圧を測定するための圧力センサと、共振器と圧力センサとの接続状態を切り替えるスイッチと、を有する。コントローラは、測定値送信機からの受信信号から抽出した共振周波数と、その周波数差と、に基づいてタイヤの温度及び空気圧を算出する。それにより、このタイヤ情報検出装置は、タイヤの温度及び空気圧を含む複数の測定値を正確に検出することができる。
【００１９】
また、特許文献３には、回転するタイヤからの圧力および他の測定値を判断し、それらを電気信号に変換し、それらを表示し、または例えば圧力損失警報メッセージを出力する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００５−８４９９８号公報
【特許文献２】特開２００８−２０１３６９号公報
【特許文献３】特表２０００−５１７０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
特許文献１に記載された従来技術は、転がり軸受け１１０の回転数（回転速度）及び回転方向を検出するために、パルサリング１１７に対して２つのセンサを配置する必要があった。したがって、回転軸の数が増えれば増えるほど、外付け部品としてのセンサの数もその２倍必要となった。このように、特許文献１に記載された従来技術では、部品点数の増加により、価格が上昇する等の問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明にかかるセンサユニットは、回転部材の回転を検出し、検出結果を出力するセンサ部と、前記センサ部から伝送路を介して供給された前記検出結果に基づくセンサ信号を、ワイヤレスで外部に送信するセンサ信号送信部と、を備え、前記センサ部は、前記伝送路上に直列に接続されたインダクタンス素子と、前記伝送路と電源電圧端子との間に設けられ、前記回転部材の回転に応じて容量値が変化する容量素子と、を備える。
【００２３】
上述のような回路構成により、部品点数を増加させることなく、回転方向及び回転速度の判定をすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、部品点数を増加させることなく、回転方向及び回転速度の判定が可能なセンサユニット及びそれを備えたセンサシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるセンサシステムのブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかるインピーダンス調整部２の構成図である。
【図３Ａ】本発明の実施の形態１にかかるインピーダンス調整部２に設けられた容量素子Ｃ１の構成図である。
【図３Ｂ】本発明の実施の形態１にかかるインピーダンス調整部２に設けられた容量素子Ｃ１の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる回転情報判定部７のブロック図である。
【図５Ａ】本発明の実施の形態１にかかる狭帯域アンテナ４の共振特性と送信電波強度との関係を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の実施の形態１にかかる狭帯域アンテナ４の共振特性と送信電波強度との関係を示す図である。
【図５Ｃ】本発明の実施の形態１にかかる狭帯域アンテナ４の共振特性と送信電波強度との関係を示す図である。
【図６Ａ】本発明の実施の形態１にかかるセンサ信号受信装置５における受信電波強度の変化を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の実施の形態１にかかるセンサ信号受信装置５における受信電波強度の変化を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１にかかるセンサシステムの動作を示すフローチャートである。
【図８】従来技術を説明するための図である。
【図９】従来技術を説明するための図である。
【図１０】従来技術を説明するための図である。
【図１１】従来技術を説明するための図である。
【図１２】従来技術を説明するための図である。
【図１３】一般的なインピーダンス整合回路の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、図面は簡略的なものであるから、この図面の記載を根拠として本発明の技術的範囲を狭く解釈してはならない。また、同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
【００２７】
実施の形態１
図１に、本発明の実施の形態１にかかるセンサシステムのブロック図を示す。図１に示すセンサシステムは、センサ信号を送信するワイヤレスセンサユニット（センサユニット）１と、センサ信号を受信するセンサ信号受信装置５と、を備える。なお、ワイヤレスセンサユニット１とセンサ信号受信装置５との間では、センサ信号の無線通信が行われる。ワイヤレスセンサユニット１は、例えば、転がり軸受等の回転部材に設けられ、当該回転部材の回転方向及び回転速度に応じたセンサ信号を出力する。センサ信号受信装置５は、例えば、車体に設けられ、ワイヤレスセンサユニット１から送信されたセンサ信号を受信し、当該センサ信号の電波強度に基づいて回転部材の回転方向及び回転速度を判定する。
【００２８】
ワイヤレスセンサユニット１は、インピーダンス調整部（センサ部）２と、センサ信号送信部３と、を有する。インピーダンス調整部２は、インピーダンス整合度情報（伝送路の特性インピーダンスの情報）を、伝送路を介してセンサ信号送信部３に出力する。なお、インピーダンス調整部２は、伝送路の特性インピーダンスを調整する機能と、回転部材の回転を検出する回転センサとしての機能と、振幅変調する機能と、を有する。また、センサ信号送信部３は、狭帯域アンテナ４を有する。センサ信号送信部３は、インピーダンス整合度情報に応じた電波を、狭帯域アンテナ４を介してセンサ信号として送信する。
【００２９】
一方、センサ信号受信装置５は、センサ信号受信部６と、回転情報判定部７と、を有する。センサ信号受信部６は、センサ信号送信部３から送信されたセンサ信号の電波を受信し、回転情報判定部７に出力する。回転情報判定部７は、受信したセンサ信号の電波強度（以下、単に受信電波強度と称す）を測定し、その測定値に基づいて、回転部材の回転方向及び回転速度を判定する。
【００３０】
ここで、図１３を用いて、一般的なインピーダンス整合回路について説明する。インピーダンス整合回路は、インダクタンス素子Ｌ５１，Ｌ５２と、容量素子Ｃ５０と、を有する。インダクタンス素子Ｌ５１，Ｌ５２は、伝送路上に直列に接続される。容量素子Ｃ５０の一端は、インダクタンス素子Ｌ５１，Ｌ５２間のノードに接続される。容量素子Ｃ５０の他端は、接地電圧端子ＧＮＤに接続される。なお、インダクタンス素子Ｌ５１，Ｌ５２及び容量素子Ｃ５０により分布定数回路を構成する。一般的に、無線回路には、送信電力のリターンロスを極力避けるために、アンテナの手前に、図１３に示すようなインピーダンス整合回路が設けられる。そして、このインピーダンス整合回路は、伝送路が同じインピーダンス成分を有する（以下、マッチング状態と称す）ように構成される。
【００３１】
次に、図２を用いて、本実施の形態にかかるインピーダンス調整部２について説明する。なお、インピーダンス調整部２は、後述する容量素子Ｃ１の容量値の変化をセンサとして用いることを特徴とする。
【００３２】
図２に示すように、インピーダンス調整部２は、伝送路上に直列に接続された２つのインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２と、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２間のノードに一端が接続された容量素子Ｃ１と、を有する。なお、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２及び容量素子Ｃ１により分布定数回路を構成する。そして、例えば、伝送路の一端には所定の基準電圧が印加され、伝送路の他端には狭帯域アンテナ４（図１参照）が接続される。
【００３３】
インピーダンス調整部２の回路構成について、さらに具体的に説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、インピーダンス調整部２に設けられた容量素子Ｃ１の構成図である。なお、図３Ａは、ワイヤレスセンサユニット１が無回転状態の場合における容量素子Ｃ１の構成図である。一方、図３Ｂは、ワイヤレスセンサユニット１が左回転した場合における容量素子Ｃ１の構成図である。ここで、無回転状態とは、ワイヤレスセンサユニット１に力量が加わらない状態のことである。また、ワイヤレスセンサユニット１は、回転部材の回転に応じて、同一方向に回転する。
【００３４】
本実施の形態では、容量素子Ｃ１は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いた櫛形電極によって形成されている。この櫛型電極は、２本の電極Ｃ１０，Ｃ１１によって構成されている。電極Ｃ１０の一端には伝送路が接続される。電極Ｃ１１の一端には接地電圧端子ＧＮＤが接続される。また、電極Ｃ１０，Ｃ１１は、いずれも直線状に形成される。また、電極Ｃ１０，Ｃ１１は、ワイヤレスセンサユニット１が無回転状態の場合において、距離Ｘａの間隔で互いに対向に配置される。また、電極Ｃ１０，Ｃ１１は、ワイヤレスセンサユニット１の回転方向に対して垂直に配置される。
【００３５】
伝送路側の電極Ｃ１０は、硬度が非常に高く、たわまないように形成される。一方、接地電圧端子ＧＮＤ側の電極Ｃ１１は、硬度が低く、ワイヤレスセンサユニット１が動き、力量が加わることによって、たわむように形成される。
【００３６】
図３Ａに示すように、ワイヤレスセンサユニット１が無回転状態の場合、電極Ｃ１０，Ｃ１１は、いずれもたわむことなく互いの間隔を距離Ｘａに維持する。このとき、容量素子Ｃ１は容量値Ｃ１ａを示す。一方、図３Ｂに示すように、ワイヤレスセンサユニット１が左回転した場合、つまり、紙面の左方向に向けて移動した場合、ワイヤレスセンサユニット１には右方向に力量が加わる。電極Ｃ１１は、加わった力量に応じて紙面の右方向にたわみ、電極Ｃ１０に距離Ｘｂ（Ｘａ＞Ｘｂ）まで接近する。このとき、容量素子Ｃ１は、無回転状態における容量値Ｃ１ａよりも大きな容量値Ｃ１ｂを示す。さらに、図示していないが、ワイヤレスセンサユニット１が右回転した場合、電極Ｃ１１は、加わった力量に応じて図３Ｂの場合と逆の方向にたわみ、電極Ｃ１０との間隔を距離Ｘｃ（Ｘｃ＞Ｘａ）まで広げる。このとき、容量素子Ｃ１は、無回転状態における容量値Ｃ１ａよりも小さな容量値Ｃ１ｃを示す。
【００３７】
このように、回転部材の回転に応じてワイヤレスセンサユニット１が回転すると、インピーダンス調整部２に設けられた容量素子Ｃ１の容量値が変化する。それにより、伝送路の特性インピーダンスが変化する。つまり、伝送路の特性インピーダンスと狭帯域アンテナ４（図１参照）の入力インピーダンスとの間のインピーダンス整合度が変動する。
【００３８】
なお、本実施の形態では、櫛形電極によって形成された容量素子Ｃ１の容量値の変化に応じて、インピーダンス整合度が変化する場合を例に説明したが、これに限られない。趣旨を逸脱しない範囲内であれば、回転部材の回転に応じてインピーダンス整合度が変化する回路構成に適宜変更可能である。言い換えると、回転部材の回転に応じて伝送路の特性インピーダンスが変化する回路構成に適宜変更可能である。
【００３９】
図４は、センサ信号受信装置５に設けられた回転情報判定部７のブロック図である。回転情報判定部７は、電波強度測定部８と、回転方向判定部９と、回転速度判定部１０と、設定値格納部１１と、回転速度判定用テーブル１２と、を有する。電波強度測定部８は、受信電波強度を測定する機能を有する。設定値格納部１１は、無回転状態における受信電波強度を基準値として格納するとともに、回転判定用の設定値（閾値ＴＨ１，ＴＨ２）を格納する。回転方向判定部９は、電波強度測定部８によって測定された受信電波強度の測定値と、設定値格納部１１に格納された設定値と、に基づいて回転部材の回転方向を判定する。回転速度判定用テーブル１２には、複数の異なる受信電波強度の情報と、対応する回転速度の情報と、が予めテーブル化して格納される。回転速度判定部１０は、電波強度測定部８によって測定された受信電波強度と、回転速度判定用テーブル１２に格納されたテーブル値と、に基づいて回転部材の回転速度を判定する。
【００４０】
本実施の形態にかかるセンサシステムの動作について、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃを用いてさらに具体的に説明する。図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、センサ信号送信部３から送信されるセンサ信号の電波強度（以下、単に送信電波強度と称す）と周波数との関係を示す図である。図中の点線ＰＳは、センサ信号の電波強度スペクトルを示す。図中の実線Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃは、狭帯域アンテナ４の共振特性、即ち反射特性を示す。
【００４１】
インピーダンス調整部２によって生成されるインピーダンス整合度情報（伝送路の特性インピーダンスの情報）に応じて変化する狭帯域アンテナ４の共振周波数をｆとした場合、共振周波数ｆは、以下の式（１）のように表される。なお、式（１）において、Ｌ１は、インダクタンス素子Ｌ１のインダクタンス値を示す。Ｌ２は、インダクタンス素子Ｌ２のインダクタンス値を示す。Ｃ１は、容量素子Ｃ１の容量値を示す。
【００４２】
【数１】
2011179948.tif 000003
【００４３】
式（１）により、共振周波数ｆは、インダクタンス値Ｌ１，Ｌ２を固定した場合、容量素子Ｃ１の容量値（Ｃ１）の変化に依存することがわかる。
【００４４】
まず、図５Ａを用いて、ワイヤレスセンサユニット１が無回転状態の場合における送信電波強度の変化について説明する。なお、ワイヤレスセンサユニット１が出力可能な最大の送信電波強度をＰｍａｘとする。また、このときのセンサ信号の周波数をＦ０とする。ここで、ワイヤレスセンサユニット１が無回転状態の場合におけるインピーダンス整合度を意図的にマッチング状態からずらしておく。つまり、伝送路の特性インピーダンスと、狭帯域アンテナ４の入力インピーダンスと、を意図的に異なるように調整しておく。それにより、反射特性Ｒａは、例えば、周波数Ｆａ（Ｆａ＞Ｆ０）の場合に共振状態を示す。なお、図３Ａに示したように、ワイヤレスセンサユニット１が無回転状態の場合、容量素子Ｃ１を構成する電極Ｃ１０，Ｃ１１間は、距離Ｘａの間隔を有する。また、このとき、容量素子Ｃ１は容量値Ｃ１ａを示す。
【００４５】
このように、インピーダンス整合度をマッチング状態からずらしたことにより、リターンロスが発生するため、送信電波強度は、最大電波強度Ｐｍａｘより小さい電波強度Ｐａを示す。なお、ワイヤレスセンサユニット１が無回転状態の場合、電波強度Ｐａは、最大電波強度Ｐｍａｘの２分の１になるように調整される。
【００４６】
次に、図５Ｂを用いて、ワイヤレスセンサユニット１が左回転した場合における送信電波強度の変化について説明する。このとき、図３Ｂに示したように、容量素子Ｃ１を構成する電極Ｃ１０，Ｃ１１間は、距離Ｘｂまで接近する。また、このとき、容量素子Ｃ１は容量値Ｃ１ｂを示す。このように、容量素子Ｃ１の容量値が変化することにより、伝送路の特性インピーダンスと狭帯域アンテナ４の入力インピーダンスとの間のインピーダンス整合度が変化する。つまり、センサ信号送信部３は、容量素子Ｃ１の微小なインピーダンス整合度情報（伝送路の特性インピーダンスの情報）の変化に応じて、送信電波強度を変化させることができる。
【００４７】
図５Ｂの例では、容量素子Ｃ１を構成する電極Ｃ１０，Ｃ１１間が距離Ｘｂまで接近することにより、図５Ａの無回転状態の場合と比較して、インピーダンス整合度が良化する。つまり、インピーダンス整合度がマッチング状態に近づく。さらに具体的には、反射特性Ｒｂの共振周波数Ｆｂは、反射特性Ｒａの共振周波数Ｆａよりも、周波数Ｆ０に近づく（Ｆａ＞Ｆｂ＞Ｆ０）。それにより、送信電波強度は、図５Ａに示す電波強度Ｐａよりも大きい電波強度Ｐｂを示す。
【００４８】
次に、図５Ｃを用いて、ワイヤレスセンサユニット１が右回転した場合における送信電波強度の変化について説明する。このとき、上述のように、容量素子Ｃ１を構成する電極Ｃ１０，Ｃ１１間は、距離Ｘｃまで広がる。また、このとき、容量素子Ｃ１は容量値Ｃ１ｃを示す。このように、容量素子Ｃ１の容量値が変化することにより、伝送路の特性インピーダンスと狭帯域アンテナ４の入力インピーダンスとの間のインピーダンス整合度が変化する。つまり、センサ信号送信部３は、容量素子Ｃ１の微小なインピーダンス整合度情報（伝送路の特性インピーダンス情報）の変化に応じて、狭帯域アンテナ４を介して送信するセンサ信号の電波強度を変化させることができる。
【００４９】
図５Ｃの例では、容量素子Ｃ１を構成する電極Ｃ１０，Ｃ１１間が距離Ｘｃまで広がることにより、図５Ａの無回転状態の場合と比較して、インピーダンス整合度が悪化する。つまり、インピーダンス整合度がマッチング状態から離れる。さらに具体的には、反射特性Ｒｃの共振周波数Ｆｃは、反射特性Ｒａの共振周波数Ｆａよりも、周波数Ｆ０から離れる（Ｆｃ＞Ｆａ）。それにより、送信電波強度は、図５Ａに示す電波強度Ｐａよりも小さい電波強度Ｐｃを示す。
【００５０】
ここで、Ｐｍａｘ＞Ｐｂ＞Ｐａ＞Ｐｃの大小関係が成り立つ。センサ信号受信部６が受信するセンサ信号の電波強度（受信電波強度）においても、最大電波強度、左回転時の電波強度、無回転時の電波強度、右回転時の電波強度の関係は送信側と同様である。
【００５１】
続いて、センサ信号受信装置５に設けられた回転情報判定部７の動作について、図６Ａ及び図６Ｂを用いてさらに具体的に説明する。図６Ａは、ワイヤレスセンサユニット１が無回転状態の場合における受信電波強度の変化を示す図である。図６Ｂは、ワイヤレスセンサユニット１が左回転した場合における受信電波強度の変化を示す図である。
【００５２】
まず、回転情報判定部７が回転部材の回転方向を判定する場合の動作について説明する。
【００５３】
回転情報判定部７では、ワイヤレスセンサユニット１が無回転状態の場合において、事前に所定の処理が実行される。具体的には、電波強度測定部８は、ワイヤレスセンサユニット１が無回転状態の場合における受信電波強度を予め測定しておく。そして、電波強度測定部８によって測定された受信電波強度の測定値は、基準値として設定値格納部１１に格納される。
【００５４】
図６Ａに示すように、ワイヤレスセンサユニット１が無回転状態の場合、受信電波強度は電波強度Ｐｒａを示す。つまり、設定値格納部１１には、電波強度Ｐｒａに応じた基準値Ｐｒａが格納される。なお、基準値Ｐｒａは、送信電波強度Ｐａ（図５Ａ参照）から、ワイヤレスセンサユニット１とセンサ信号受信装置５との間の通信損失分を差し引いた電波強度を有する。
【００５５】
設定値格納部１１は、基準値Ｐｒａに加え、基準値Ｐｒａよりも電波強度の強い閾値ＴＨ１と、基準値Ｐｒａよりも電波強度の弱い閾値ＴＨ２と、を設定値として格納する。ここで、閾値ＴＨ１は、ワイヤレスセンサユニット１の左回転を判定するための閾値であり、閾値ＴＨ２は、ワイヤレスセンサユニット１の右回転を判定するための閾値である。なお、閾値ＴＨ１と閾値ＴＨ２とは、特定の値（電波強度）に限定されない。好適には、閾値ＴＨ１と基準値Ｐｒａとの差分電波強度と、基準値Ｐｒａと閾値ＴＨ２との差分電波強度と、が実質的に同一であればよい。各差分電波強度が小さいほど、回転方向の判定精度を向上させることができる。
【００５６】
次に、図６Ｂを用いて、ワイヤレスセンサユニット１が左回転した場合の動作を説明する。センサ信号受信部６によってセンサ信号が受信されると、電波強度測定部８は受信電波強度を測定し、測定値を回転方向判定部９に対して出力する。回転方向判定部９は、設定値格納部１１に予め格納された設定値（閾値ＴＨ１及び閾値ＴＨ２）と、電波強度測定部８によって測定された受信電波強度と、を比較し、回転部材の回転方向を判定する。具体的には、回転方向判定部９は、ワイヤレスセンサユニット１が左回転した場合における受信電波強度Ｐｒｂが、閾値ＴＨ１を上回った場合に、左回転したと判定する。
【００５７】
一方、回転方向判定部９は、ワイヤレスセンサユニット１が右回転した場合における受信電波強度Ｐｒｃ（不図示）が、閾値ＴＨ２を下回った場合に、右回転したと判定する。
【００５８】
次に、回転情報判定部７が回転部材の回転速度を判定する場合の動作について説明する。回転速度の判定は、電波強度測定部８によって測定された受信電波強度と、設定値格納部１１に格納された基準値Ｐｒａと、の差分、つまり、受信電波強度の変化量を求めることによって行う。ここで、受信電波強度は、容量素子Ｃ１の容量値の変化に応じて変化する。したがって、受信電波強度の変化量を求めることにより、容量素子Ｃ１にどれだけ加速が加わっているかを求めることができる。回転運動の速度をｖ、半径をｒ、角速度をωとした場合のそれらの関係を式（２）に示す。
【００５９】
【数２】
2011179948.tif 000004
【００６０】
式（２）により、回転速度ｖは角速度ωに比例することがわかる。さらに、ａを加速度とした場合の加速度ａと角速度ωとの関係を式（３）に示す。
【００６１】
【数３】
2011179948.tif 000005
【００６２】
式（３）により、角速度ω２は加速度ａに比例することがわかる。すなわち、角速度ωは、加速度ａのルートに比例することがわかる。さらに、式（２）及び式（３）より、回転運動の速度ｖ、半径ｒ、加速度ａの関係を式（４）に示す。
【００６３】
【数４】
2011179948.tif 000006
【００６４】
式（４）により、加速度ａを求めることによって、回転速度ｖを求めることができることがわかる。つまり、容量素子Ｃ１の容量値の変化量を求めることにより、回転部材の回転速度を求めることができる。前述のように、受信電波強度の変化量を求めることにより、容量素子Ｃ１にどれだけ加速が加わっているかを求めることができる。したがって、受信電波強度の変化量を求めることにより、回転部材の回転速度を求めることができる。
【００６５】
そこで、回転速度判定用テーブル１２には、複数の異なる受信電波強度の情報と、対応する回転速度の情報と、が予めテーブル化して格納される。回転速度判定部１０は、電波強度測定部８によって測定された受信電波強度と、回転速度判定用テーブル１２に格納されたテーブル値と、に基づいて回転部材の回転速度を判定する。なお、回転速度判定用テーブル１２に格納されるテーブル値の情報が多いほど、回転速度の判定精度が向上する。
【００６６】
続いて、図７のフローチャートを用いて、無回転状態のワイヤレスセンサユニット１に左回転が生じた場合の動作を説明する。
【００６７】
まず、無回転状態のワイヤレスセンサユニット１に左回転が生じる（図７のＳ１）。次に、インピーダンス調整部２に設けられた容量素子Ｃ１の容量値が、図３Ａ，図３Ｂに示したように容量値Ｃ１ａから容量値Ｃ１ｂに変化する（図７のＳ２）。容量素子Ｃ１の容量値が変化することにより、インピーダンス整合度が良化する（図７のＳ３）。それにより、狭帯域アンテナ４の共振周波数は、図５Ａ，図５Ｂに示したように周波数Ｆａから周波数Ｆｂに変化する。狭帯域アンテナ４の共振周波数の変化により、送信電波強度は、電波強度Ｐａから電波強度Ｐｂに変化する。
【００６８】
そして、ワイヤレスセンサユニット１に設けられたセンサ信号送信部３は、狭帯域アンテナ４を介して、送信電波強度Ｐｂのセンサ信号を送信する（図７のＳ４）。センサ信号受信装置５に設けられたセンサ信号受信部６は、ワイヤレスセンサユニット１によって送信されたセンサ信号を受信する（図７のＳ５）。センサ信号受信装置５において、電波強度測定部８は、受信電波強度Ｐｒｂを測定する（図７のＳ６）。回転方向判定部９は、設定値格納部１１に予め格納された設定値（閾値ＴＨ１，ＴＨ２）と、電波強度測定部８によって測定された受信電波強度Ｐｒｂと、をそれぞれ比較する（図７のＳ７）。
【００６９】
具体的には、回転方向判定部９は、受信電波強度Ｐｒｂが閾値ＴＨ１より大きい場合（図７のＳ７Ｂ）、ワイヤレスセンサユニット１が左回転したと判定する（図７のＳ８）。また、回転方向判定部９は、受信電波強度Ｐｒｂが閾値ＴＨ２より小さい場合（図７のＳ７Ｃ）、ワイヤレスセンサユニット１が右回転したと判定する（図７のＳ１０）。また、回転方向判定部９は、受信電波強度Ｐｒｂが閾値ＴＨ１及び閾値ＴＨ２の範囲内である場合には（図７のＳ７Ａ）、ワイヤレスセンサユニット１が無回転状態であると判定する（図７のＳ９）。図７の例では、受信電波強度Ｐｒｂが閾値ＴＨ１より大きいため、回転方向判定部９は、ワイヤレスセンサユニット１が左回転したと判定する（図７のＳ８）。
【００７０】
一方、電波強度測定部８が受信電波強度Ｐｒｂを測定した後（図７のＳ６）、回転速度判定部１０は、受信電波強度Ｐｒｂと、回転速度判定用テーブル１２に格納されたテーブル値と、を比較する（図７のＳ１１）。そして、回転速度判定部１０は、回転速度判定用テーブル１２から受信電波強度Ｐｒｂに応じた回転速度の情報を抽出することにより、回転部材の回転速度を判定する（図７のＳ１２）。
【００７１】
なお、無回転状態のワイヤレスセンサユニット１に右回転が生じた場合でも、同様の手順で処理が実行される。この場合、狭帯域アンテナ４の共振周波数は、図５Ａ，図５Ｃに示したように周波数Ｆａから周波数Ｆｃに変化する。
【００７２】
以上のように、上記実施の形態かかるセンサシステムは、ワイヤレスセンサユニット１において、インピーダンス調整部２に設けられた容量素子Ｃ１が、回転部材の回転に応じて変形する。つまり、インピーダンス調整部２に設けられた容量素子Ｃ１の容量値が、回転部材の回転に応じて変化する。それにより、ワイヤレスセンサユニット１に設けられた伝送路の特性インピーダンスが変化する。したがって、ワイヤレスセンサユニット１は、当該回転部材の回転方向及び回転速度に応じた電波強度のセンサ信号を生成することができる。
【００７３】
また、上記実施の形態にかかるセンサシステムは、センサ信号受信装置５において、受信電波強度と設定値とを比較することにより、回転部材の回転方向を判定することができる。さらに、上記実施の形態にかかるセンサシステムは、センサ信号受信装置５において、受信電波強度の変化量に基づいて回転部材の回転速度を判定することができる。
【００７４】
つまり、上記実施の形態にかかるセンサシステムは、センサ信号の電波強度の情報のみ基づいて、回転部材の回転方向及び回転速度を判定することができる。そのため、上記実施の形態にかかるセンサシステムは、従来技術と異なり、一つのセンサ（ワイヤレスセンサユニット１）を用いて、回転部材の回転方向及び回転速度を判定することができる。つまり、本実施の形態にかかるセンサシステムは、部品点数を増加させることなく、回転部材の回転方向及び回転速度を判定することができる。さらに、上記実施の形態にかかるセンサシステムは、インピーダンス調整部２を、回転センサ及び振幅変調手段としても機能させたことにより、外付けのセンサが不要となり、さらに部品点数の削減をすることができる。それにより、価格の上昇を抑制することができる。
【００７５】
また、上記実施の形態にかかるセンサシステムは、センサ信号の電波強度の変化量に基づいて回転方向及び回転速度を判定することが可能であるため、従来技術と異なり周波数変調方式ではなく、振幅復調方式を用いた送受信が可能である。周波数変調方式の場合、一般的に回路面積の大きい周波数シンセサイザが用いられるが、振幅復調方式の場合、当該周波数シンセサイザは不要である。したがって、上記実施の形態にかかるセンサシステムは、従来技術と比較して、回路面積の増大を抑制することができる。
【００７６】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。上記実施の形態では、硬度の高い電極Ｃ１０を伝送路に接続し、硬度の低い電極Ｃ１１を接地電圧端子ＧＮＤに接続した場合を例に説明したが、これに限られない。硬度の低い電極Ｃ１１を伝送路に接続し、硬度の高い電極Ｃ１０を接地電圧端子ＧＮＤに接続する回路構成にも適宜変更可能である。この場合、回転方向に応じたセンサ信号の電波強度は、上記実施の形態の場合と逆になる。
【００７７】
また、上記実施の形態では、図５Ａに示すように、無回転状態における共振周波数Ｆａが、送信電波強度Ｐｍａｘに対応する周波数Ｆ０よりも高い場合を例に説明したが、これに限られない。無回転状態における共振周波数Ｆａが、送信電波強度Ｐｍａｘに対応する周波数Ｆ０よりも低い回路構成にも適宜変更可能である。この場合、回転方向に応じたセンサ信号の電波強度は、上記実施の形態の場合と逆になる。
【００７８】
また、上記実施の形態では、設定値格納部１１に、無回転状態における受信電波強度Ｐｒｂに応じた基準値Ｐｒａを格納する場合を例に説明したが、これに限られない。設定値（閾値Ｔ１，Ｔ２）のみを格納する回路構成にも適宜変更可能である。
【００７９】
なお、本実施の形態では、硬度の異なる２つの電極Ｃ１０，Ｃ１１によって構成される容量素子Ｃ１を備えた場合を例に説明したが、これに限られない。回転部材の回転に応じて容量値が変化する構成であればよい。
【符号の説明】
【００８０】
１  ワイヤレスセンサユニット
２  インピーダンス調整部
３  センサ信号送信部
４  狭帯域アンテナ
５  センサ信号受信装置
６  センサ信号受信部
７  回転情報判定部
８  電波強度測定部
９  回転方向判定部
１０  回転速度判定部
１１  設定値格納部
１２  回転速度判定用テーブル
Ｌ１  インダクタンス素子
Ｌ２  インダクタンス素子
Ｃ１  容量素子
Ｃ１０  電極
Ｃ１１  電極
【図１】
2011179948.tif 000007
【図２】
2011179948.tif 000008
【図３Ａ】
2011179948.tif 000009
【図３Ｂ】
2011179948.tif 000010
【図４】
2011179948.tif 000011
【図５Ａ】
2011179948.tif 000012
【図５Ｂ】
2011179948.tif 000013
【図５Ｃ】
2011179948.tif 000014
【図６Ａ】
2011179948.tif 000015
【図６Ｂ】
2011179948.tif 000016
【図７】
2011179948.tif 000017
【図８】
2011179948.tif 000018
【図９】
2011179948.tif 000019
【図１０】
2011179948.tif 000020
【図１１】
2011179948.tif 000021
【図１２】
2011179948.tif 000022
【図１３】
2011179948.tif 000023