(57)【要約】【課題】  外乱ノイズの影響を受け難くてセンサ信号の信頼性が向上し、かつ電源系を含めて軽量，コンパクトな構成とでき、また何時でも通信が可能なワイヤレスセンサシステムを提供する。【解決手段】  このワイヤレスセンサシステムは、ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂとセンサ信号受信機５とを備える。ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂは、検出対象を検出するセンサ部６Ａ，６Ｂと、そのセンサ信号をディジタル化するディジタル化手段７と、センサ信号送信部９Ａ，９Ｂとをそれぞれ有する。【選択図】        図１
2005092704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象を検出するセンサ部と、このセンサ部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と、上記センサ部およびセンサ信号送信部を駆動する動作電力をワイヤレスで受信する電力受信部をそれぞれ有する１つまたは複数のワイヤレスセンサユニットと、上記センサ信号送信部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と、上記電力受信部へ動作電力をワイヤレスで送信する給電電力送信部とを備えたワイヤレスセンサシステムであって、上記ワイヤレスセンサユニットに、上記センサ部の出力するセンサ信号をディジタル化するディジタル化手段を設け、上記センサ信号送信部はこのディジタル化されたセンサ信号を送信するものとしたワイヤレスセンサシステム。
【請求項２】
請求項１において、上記ワイヤレスセンサユニットが複数であり、上記センサ信号受信部は、上記複数のワイヤレスセンサユニットより送信される複数のセンサ部のセンサ信号の受信が可能なものであるワイヤレスセンサシステム。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、上記給電電力送信部は、上記センサ信号受信部を有するセンサ信号受信機に設けられたものであるワイヤレスセンサシステム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、上記ワイヤレスセンサユニットは、上記センサ部を構成する複数のセンサを有するワイヤレスセンサシステム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、上記センサ部を構成するセンサが、回転センサ、加速度センサ、振動センサ、温度センサ、荷重センサ、トルクセンサ、および軸受の予圧センサのうちの少なくとも一つであるワイヤレスセンサシステム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、上記センサ部の一つが回転センサを有し、この回転センサが、パルサリングとこのパルサリングに対峙して設けられた磁気抵抗型の磁気センサであるワイヤレスセンサシステム。
【請求項７】
請求項６において、上記回転センサが、パルスを発生する手段であり、上記ディジタル化手段でディジタル化された信号が上記パルスの周期を示す信号であるワイヤレスセンサシステム。
【請求項８】
請求項６において、上記回転センサが、位相の異なる２つ以上のパルスを発生する手段であり、上記ディジタル化手段でディジタル化された信号は、パルスの周期と回転方向を示す信号であるワイヤレスセンサシステム。
【請求項９】
請求項２において、各ワイヤレスセンサユニットが、上記センサ信号送信部によりセンサ信号に加えて、各々のワイヤレスセンサユニットの識別信号を送信するするものとしたワイヤレスセンサシステム。
【請求項１０】
請求項４において、ワイヤレスセンサユニットが、センサ信号に加えて、センサ部を構成する各々のセンサの識別番号を送信するものとしたワイヤレスセンサシステム。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれかにおいて、上記センサ信号送信部は、センサ信号をスペクトラム拡散通信で送信するワイヤレスセンサシステム。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のワイヤレスセンサシステムにおけるワイヤレスセンサユニットを軸受に搭載したワイヤレスセンサシステム付軸受装置。
【請求項１３】
請求項１２において、上記センサ部を構成するセンサの一つが、軸受の予圧センサであるワイヤレスセンサシステム付軸受装置。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３において、上記転がり軸受が、複列の軌道面を有する外方部材と、上記軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、対向する両列の軌道面間に介在した複数の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置であるワイヤレスセンサ付軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種のセンサ信号、例えば各種機械設備や、自動車における車輪用軸受装置に設けられた回転数等の検出信号をワイヤレスで送信するようにしたワイヤレスセンサシステム、および同システムを用いた車輪用軸受装置等のワイヤレスセンサ付軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や、各種産業機械等において、種々のセンサを設けることで、軸受や他の各部の回転速度、温度、振動等の各種の検出対象を検出し、機器の制御や状態管理等に用いられている。このようなセンサの出力は、一般的には有線で検出信号を送信するが、適切な配線場所が得難い場合がある。そのような場合に、検出信号を電磁波で送信するようにしたワイヤレスセンサシステムが用いられている。送信機は、小型電池を備えたものとされている。
【０００３】
また、一方で、回転センサにより車輪回転数を検出して車両の制動制御を行うＡＢＳ（Anti-lock Brake System）では、タイヤハウジング内でのセンサ電線の破損による事故の防止や組立コストの低減を図るために、車輪と車体と間のハーネスを無くし、回転センサとしてその検出信号を電磁波などとして送信するワイヤレス式のもの（例えば特許文献１）が提案されている。この種の回転センサの代表例では、多極の回転発電機を利用して、自己発電によるセンサ用電力および送信機用電力の供給と回転数検出を同時に行うことで、車体から回転センサへ電力供給を行うことなく、コンパクトに構成されている（例えば特許文献２）。
【０００４】
また、特許文献３はワイヤレス送信する回転センサ付き車輪用軸受において、自己診断回路を設けた発明であり、センサおよび無線送信機の電力供給が、回転センサを兼ねた発電機で行われることを前提としているが、ワイヤレス給電を行うことについても触れられている。
特許文献４にはセンサ信号をディジタル化して送信することが提案されている。電源としては、電池または発電機が用いられる。
【特許文献１】特開２００２−１５１０９０
【特許文献２】特開２００２−５５１１３
【特許文献３】特開２００３−１４６１９６号公報
【特許文献４】特開２００３−５８９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の電池を電源としたワイヤレスセンサシステムでは、電池に寿命があり、消耗に応じて電池交換の必要があって、電池の寿命管理が煩わしい。電池の処分に伴う環境の問題もある。
上記の自己発電を行う回転センサでは、車輪が回転して初めて発電が行われるため、ＡＢＳの動作領域である約１０Ｋｍ／ｈ以上では安定に動作するものの、停止に近い超低速では検出が不安定になる場合がある。また、回転検出以外の検出対象、例えば温度検出等の場合には適用することができない。
【０００６】
一方、ワイヤレスセンサシステムでは、ワイヤレス送信されるセンサ信号が外乱ノイズの影響を受け易く、システムの信頼性の面で、今一つ不十分である。例えば、特許文献３に開示のものは、ワイヤレス給電を行うため、常時電源が得られるが、上記のセンサ信号の外乱の問題がある。また、複数のワイヤレスセンサユニットが設けられる場合、各ワイヤレスセンサユニットを識別するために、ワイヤレスセンサユニット毎にセンサ信号送信周波数を変え、その周波数に対応した複数の受信回路を設ける必要があった。ワイヤレス給電用の電磁波は、無変調の電磁波とすることが簡単である。しかし、その場合、給電用電磁波とセンサ信号用の電磁波との混信を避けるために、給電用電磁波とセンサ信号用電磁波とで周波数を異ならせたり、偏波面を互いに異ならせる等の処理をする必要がある。  特許文献４に開示のものは、センサ信号をディジタル化して送信するため、外乱の影響を受け難くなるという利点が得られるが、電源として電池または発電機が用いられるため、上記の各例と同様な課題がある。
このように、ワイヤレスセンサシステムでは、その電源の確保、およびセンサ信号の信頼性が課題となっている。
【０００７】
この発明の目的は、外乱ノイズの影響を受け難くてセンサ信号の信頼性が向上し、かつ電源系を含めて軽量，コンパクトな構成とでき、また何時でも通信が可能なワイヤレスセンサシステムを提供することである。
この発明の他の目的は、外乱ノイズの影響を受け難くてセンサ信号の信頼性に優れ、かつ軽量，コンパクトな構成とでき、回転状態等にかかわらずに何時でも通信が可能なワイヤレスセンサ付軸受装置を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、車輪用軸受装置に適用されて車体と車輪間のハーネスを無くしながら、上記のセンサ信号の信頼性確保、軸受装置の軽量、コンパクト化が図れるものとすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のワイヤレスセンサシステムは、検出対象を検出するセンサ部（６Ａ，６Ｂ）と、このセンサ部（６Ａ，６Ｂ）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（９Ａ，９Ｂ）と、上記センサ部（６Ａ，６Ｂ）およびセンサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）を駆動する動作電力をワイヤレスで受信する電力受信部（８Ａ，８Ｂ）をそれぞれ有する１つまたは複数のワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）と、上記センサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）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（１３）と、上記電力受信部（８Ａ，８Ｂ）へ動作電力をワイヤレスで送信する給電電力送信部（１２）とを備えたワイヤレスセンサシステムにおいて、上記ワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）に、上記センサ部（６Ａ，６Ｂ）の出力するセンサ信号をディジタル化するディジタル化手段（７）を設け、上記センサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）はこのディジタル化されたセンサ信号を送信するものとしたことを特徴とする。
この構成によると、ディジタル化手段（７）によりセンサ信号をディジタル化して送信するため、外乱の影響を受け難くなり、システムの信頼性が向上する。また、動作電力をワイヤレスで受信する電力受信部（８Ａ，８Ｂ）を設けたので、センサ部（６Ａ，６Ｂ）およびセンサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）の電源として一次電池や発電機を設ける必要がなく、ワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）をコンパクトで軽量に構成できる。電池交換が不要なため、メンテナンスも容易になる。また、発電機を用いるものと異なり、回転時に限らず、いつでも検出が可能である。
【０００９】
このワイヤレスセンサシステムにおいて、上記ワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）が複数であり、上記センサ信号受信部（１３）は、上記複数のワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）より送信される複数のセンサ部（６Ａ，６Ｂ）のセンサ信号の受信が可能なものであっても良い。
この構成の場合、複数のワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）のセンサ信号を一つのセンサ信号受信部（１３）で受信できるため、ワイヤレスセンサシステムの全体が簡素な構成となる。
【００１０】
この発明のワイヤレスセンサシステムにおいて、上記給電電力送信部（１２）は、上記センサ信号受信部（１３）を有するセンサ信号受信機（５）に設けられたものであっても良い。
給電電力送信部（１２）とセンサ信号受信部（１３）は、それぞれ別に離れて設けても良いが、一つのセンサ信号受信機（５）にまとめて設けることで、システムの構成が簡易なものとなる。
【００１１】
この発明の上記各構成のワイヤレスセンサシステムは、上記ワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）が、上記センサ部（６Ａ，６Ｂ）として複数のセンサ（６ａ〜６ｃ）を有するものであっても良い。これら複数のセンサ（６ａ〜６ｃ）は、互いに同種類の検出対象を検出するものであっても、また異種の検出対象を検出するものであっても良い。
この構成の場合、複数のセンサ（６ａ〜６ｃ）のセンサ信号を一つのセンサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）で送信できるため、複数の検出対象の検出を可能としながら、簡単な構成で済み、コンパクト化される。
【００１２】
この発明のワイヤレスセンサシステムにおいて、上記センサ部（６Ａ，６Ｂ）を構成するセンサが、回転センサ、振動センサ、温度センサ、加速度センサ、荷重センサ、トルクセンサ、および軸受の予圧センサのうちの少なくとも一つであっても良い。
検出対象が回転検出信号、荷重、トルク、加速度等である場合は、例えば軸受を設置した機器の回転制御やその他の各種の制御が行える。検出対象が温度，振動，軸受の予圧である場合は、軸受の故障や、状態管理、寿命管理等が行える。
【００１３】
また、この発明のワイヤレスセンサシステムにおいて、上記センサ部（６Ａ，６Ｂ）の一つが回転センサを有し、この回転センサが、パルサリング（１７）とこのパルサリングに対峙して設けられた磁気抵抗型の磁気センサ（１８）であっても良い。
磁気抵抗素子型の磁気センサは、抵抗値を大きくすることで、消費電力を小さくすることができるので、ワイヤレス給電を行うには有利である。
【００１４】
この場合に、上記回転センサが、パルスを発生する手段であって、上記ディジタル化手段（７）でディジタル化された信号が上記パルスの周期を示す信号であっても良い。
回転センサの出力がパルス列である場合、パルスの周期信号をディジタル化出力とすることで、センサ信号のディジタル化処理が容易に行える。
【００１５】
上記センサ部（６Ａ，６Ｂ）の一つが回転センサである場合に、その回転センサが、位相の異なる２つ以上のパルスを発生する手段であっても良い。その場合、上記ディジタル化手段（７）でディジタル化された信号は、パルスの周期と回転方向を示す信号であっても良い。
回転方向の検出が行えると、制御の高度化が図れ、また制御可能な種類が増加する。この場合に、周期信号に回転方向を示す信号を付加することで、少ないビット数で回転速度と方向との両方を送信することができる。
【００１６】
上記のようにワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）を複数設ける場合に、各ワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）が、上記センサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）によりセンサ信号に加えて、各々のワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）の識別信号を送信するするものとしても良い。
また、ワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）が、センサ部（６Ａ，６Ｂ）として複数のセンサを有する場合に、センサ信号に加えて、センサ部（６Ａ，６Ｂ）を構成する各々のセンサの識別番号を送信するものとしても良い。
センサ信号をディジタル化することで、各ワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）毎の識別番号を容易に送信できるようになり、単一周波数の電磁波で複数のワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）を識別できるようになるので、システム構成が簡単になる。個々のワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）のセンサ部（６Ａ，６Ｂ）が複数のセンサを持つ場合に、そのセンサの識別番号を付加するときは、各々のセンサの識別が容易で確実になる。
【００１７】
この発明のワイヤレスセンサシステムにおいて、上記センサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）は、センサ信号をスペクトラム拡散通信で送信するものであっても良い。
スペクトラム拡散方式で送信する場合は、無変調波の連続波である電力送信用電磁波との識別が容易となり、システムの信頼性が向上する。また、スペクトラム拡散方式でセンサ信号を送信することで、センサ信号の送信と給電に同一周波数帯の電磁波を使用することができ、アンテナ等に同一の高周波部品が使用できて、コスト低下が図れる。
【００１８】
この発明のワイヤレスセンサシステム付軸受装置は、この発明の上記いずれかの構成のワイヤレスセンサシステムにおけるワイヤレスセンサユニット（４Ａ，４Ｂ）を軸受に搭載したものである。上記軸受は、例えば外方部材、内方部材、およびこれら外内の部材の間に複数の転動体が介在した転がり軸受である。
この構成の場合、軸受にセンサ部（６Ａ，６Ｂ）、センサ信号送信部（９Ａ，９Ｂ）、および電力受信部（８Ａ，８Ｂ）を搭載することで、軸受の知能化を図り、また配線系の簡素化を図り、軽量，コンパクトな構成としながら、ディジタル化手段（７）を設けたことで、外乱の影響を受け難くなり、センサ信号の信頼性が向上する。
【００１９】
この発明のワイヤレスセンサシステム付軸受装置において、上記センサ部（６Ａ，６Ｂ）を構成するセンサの一つが、軸受の予圧センサであっても良い。この場合、軸受の予圧が監視できて、軸受寿命等に影響の大きい予圧の不良への対処が迅速に行える。
【００２０】
この発明のワイヤレスセンサシステム付軸受装置において、上記転がり軸受が、複列の軌道面を有する外方部材と、上記軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、対向する両列の軌道面間に介在した複数の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置であって良い。
この構成の場合、車輪用軸受装置の知能化を図り、また車輪と車体間のハーネスを無くしながら、センサ信号の信頼性の向上による制御の信頼性向上、安全性向上が図れる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明のワイヤレスセンサシステムは、センサ部とセンサ信号送信部とを有するワイヤレスセンサユニットに、動作電力をワイヤレスで受信する電力受信部を設け、かつディジタル化手段を設けてセンサ信号をディジタル化して送信するものとしたため、外乱ノイズの影響を受け難くてセンサ信号の信頼性が向上し、かつワイヤレス給電により電源系を含めて軽量，コンパクトな構成とでき、また何時でも通信が可能なシステムとできる。
ディジタル化されたセンサ信号を、スペクトラム拡散方式で送信する場合は、無変調波の連続波である電力送信用電磁波との識別が容易となり、システムの信頼性が向上する。また、スペクトラム拡散方式でセンサ信号を送信することで、センサ信号の送信と給電に同一周波数帯の電波を使用することができ、部品の共通化によりコスト低下が図れる。
この発明のワイヤレスセンサ付軸受装置は、この発明のワイヤレスセンサシステムにおけるワイヤレスセンサユニットを軸受に搭載したものであるため、外乱ノイズの影響を受け難くてセンサ信号の信頼性に優れ、かつ軽量，コンパクトな構成とでき、回転状態にかかわらずに何時でも通信が可能なものとできる。
この発明のワイヤレスセンサ付軸受装置を車輪用軸受装置に適用した場合は、車体と車輪間のハーネスを無くしながら、センサ信号の信頼性確保、軸受装置の軽量、コンパクト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
この発明の第１の実施形態にかかるワイヤレスセンサシステムを図１と共に説明する。このワイヤレスセンサシステムは、複数のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂと、これら複数のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂ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５とを備える。ワイヤレスセンサユニットの個数は特に制限がなく、１個であっても、３個以上であっても良いが、図１は２個の場合を示している。
【００２３】
各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂは、それぞれ検出対象を検出するセンサ部６Ａ，６Ｂと、このセンサ部６Ａ，６Ｂが出力するセンサ信号をディジタル信号に変換するディジタル化手段７と、そのディジタル化されたセンサ信号をワイヤレスで送信するセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂと、ワイヤレスで送信された駆動電力を受信する電力受信部８Ａ，８Ｂと、電源回路１０とを備える。
【００２４】
センサ部６Ａ，６Ｂは、それぞれ一つのセンサからなるものであっても、また複数のセンサを有するものであっても良い。センサ部６Ａ，６Ｂを構成するセンサは、例えば回転センサ、加速度センサ、温度センサ、振動センサ、荷重センサ、トルクセンサ、軸受の予圧を検出する予圧センサ等である。
【００２５】
電源回路１０は、電力受信部８Ａ，８Ｂで受信した電力をセンサ部６Ａ，６Ｂ，ディジタル化手段７、およびセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂに給電する回路である。電源回路１０は、受信電力を蓄えるキャパシタ、２次電池、およびそれらの充電回路（いずれも図示せず）を有していても良い。
【００２６】
センサ信号受信機５は、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂのセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂ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１３と、ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂの電力受信部８Ａ，８Ｂへ動作電力をワイヤレスで送信する給電電力送信部１２とを備えている。
センサ信号送信部９Ａ，９Ｂとセンサ信号受信部１３間、および給電電力送信部１２と動作電力受信部８Ａ，８Ｂ間の送受は、電磁波により行うものであっても、また光波、赤外線、超音波によるもの、あるいは磁気結合により行うものであっても良い。
給電電力送信部１２は、例えば無変調波の連続波である電磁波とされる。電力受信部８Ａ，８Ｂは、ワイヤレス給電を電磁波で行うものである場合、同調回路と、検波整流回路等により構成される。
ワイヤレス送信するセンサ信号と給電電力の周波数は、例えば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、各センサ信号の周波数をｆ2 ，ｆ3 としている。センサ信号と給電電力の周波数は、同じ周波数としても良く、その場合、後述のようにセンサ信号をスペクトラム拡散通信で送信するものとする。
【００２７】
ディジタル化手段７は、例えば図２のようにデータ切替器７ａ，データ変換部７ｂ、および信号処理部７ｃを有するものとされる。データ切替器７ａは、センサ部６Ａ（６Ｂ）に複数のセンサ６ａ，６ｂ，６ｃを有する場合に設けられ、各センサ６ａ，６ｂ，６ｃから入力するデータを切り換えてデータ変換部７ｂに伝える。同図の例において、複数設けたられた各センサ６ａ〜６ｃは、それぞれ回転センサ、温度センサ、および振動センサとされている。データ切替器７ａによる切替えは、例えばタイマにより定期的に切替えるものとされ、または適宜の切替指令に応答して切替えるものとされる。
データ変換部７ｂは、入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。
【００２８】
信号処理部７ｃは、共通のセンサ信号受信部１３（図１）に対して複数のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂを設ける場合に、ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂ毎の識別番号を付加する。ワイヤレスセンサユニットが一つの場合は、識別番号は不要である。また、信号処理部７ｃは、同じワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂ内のセンサ部６Ａ，６Ｂに複数のセンサ６ａ〜６ｃを有する場合に、各センサ６ａ〜６ｃを識別する識別番号を付加する。これらワイヤレスセンサユニット識別番号およびセンサ識別番号は、送信するセンサ信号に付加する。信号処理部７ｃは、さらに、誤り訂正符号などの冗長ビットを付加するものとしても良い。
【００２９】
このディジタル化手段７でディジタル化された信号を、センサ信号送信部９Ａ，９Ｂから、所定の周波数ｆ１，ｆ２の電磁波等でワイヤレス送信する。この送信は、上記のように電磁波による他に、光波、赤外線、超音波、または磁気結合によって行うものとしても良い。
【００３０】
センサ信号送信部９Ａ，９Ｂによる送信は、例えばスペクトラム拡散通信で行う。その方式として、周波数ホッピング方式、直接拡散方式等が使用される。
センサ信号送信部９Ａ，９Ｂは、時分割で各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂ毎に順番に送信するものとしても良い。また、センサ信号受信機５に設けられた通信要求送信部（図示せず）からワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂにデータ通信の要求指令を出し、指令を受けたワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂがセンサ信号を送信するものとしても良い。このように時分割や要求指令による場合、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂから送信する周波数が同じであっても、混信することなく通信を行うことができる。また、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂが上記の識別番号を付加して送信するものであると、複数のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂの信号を識別することができる。
【００３１】
スペクトラム拡散通信は、外乱や干渉に強いので、無変調波の連続波である電力送信用電磁波と同じ周波数帯の電波を使用しても、十分な信頼性を確保することができる。同一周波数帯の電磁波を使用することで、電力受信部８Ａ，８Ｂとセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂとで、アンテナ等の部品につき、同一の高周波部品が使用できるので、部品コストを下げることができる。
【００３２】
また、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂにセンサ信号送信用電磁波の周波数を決め、センサ信号受信機５のセンサ信号受信部１３が、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂの固有周波数に対応した個別受信部（図示せず）を有するものとしても良い。
【００３３】
センサ信号送信部９Ａ，９Ｂは、センサ信号の送信を、搬送波にＡＳＫ（Amplitude Shift Keying) や、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying) 、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、またはＱＰＳＫ（Quadrature PSK) 等のディジタル変調をかけて行うものとしても良い。      
【００３４】
この構成のワイヤレスセンサシステムによると、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂは、動作電力がワイヤレスで供給されるので、センサ部６Ａ，６Ｂやセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂの電源として一次電池や発電機を設ける必要がなく、ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂをコンパクトで軽量に構成できる。電池交換が不要なため、メンテナンスも容易になる。また、発電と異なり、常時、通信が可能になる。
また、ディジタル化手段７によりセンサ信号をディジタル化して送信するため、外乱の影響を受け難くなり、システムの信頼性が向上する。センサ信号をディジタル化することで、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂ毎の識別番号を容易に送信できるようになり、単一周波数の電磁波で複数のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂを識別できるようになるので、システム構成が簡単になる。個々のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂのセンサ部６が複数のセンサ６ａ〜６ｃを持つ場合に、そのセンサ６ａ〜６ｃの識別番号を付加するときは、センサ６ａ〜６ｃの識別も容易になる。
ディジタル化されたセンサ信号を、スペクトラム拡散方式で送信する場合は、無変調波の連続波である電力送信用電磁波との識別が容易となり、システムの信頼性が向上する。また、スペクトラム拡散方式でセンサ信号を送信することで、センサ信号の送信と給電に同一周波数帯の電波を使用することができ、部品の共通化によりコスト低下が図れる。
【００３５】
つぎに、この実施形態のワイヤレスセンサシステムを適用したワイヤレスセンサ付軸受装置の一例を図４と共に説明する。複数の軸受５１，５２にワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂがそれぞれ搭載されており、１つのセンサ信号受信機５が、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂにワイヤレスで給電およびセンサ信号の受信を行う。上記複数の転がり軸受５１，５２は、機械設備５３の各部に設置されたものである。機械設備５３は、例えばローラコンベヤまたはベルトコンベヤ等のコンベヤラインであって、搬送ローラまたはベルト駆動ローラ等の軸となる回転軸５９が、上記軸受５１，５２によって回転自在に支持されている。軸受５１，５２は、転がり軸受であって、内輪５４，外輪５５との間に転動体５６を介在させ、シール５８を設けたものである。各転動体５６は、保持器５７に保持されている。上記内輪５４および外輪５５は、それぞれ請求項で言う内方部材および外方部材となる。センサ信号受信機５は、軸受５１，５２と離れた所に設置される。
【００３６】
各軸受５１，５２に設置されたワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂのうちの一つのワイヤレスセンサユニット４Ａのセンサ部６Ａは回転センサとされ、他の軸受５２に設置されたワイヤレスセンサユニット４Ｂのセンサ部６Ｂは、回転以外の検出対象を検出するセンサ、例えば、温度センサ、振動センサ、加速度センサ、荷重センサ、トルクセンサ、軸受の予圧センサ等である。これらのセンサを取付けて軸受５１，５２の状態を検出することで、軸受５１，５２の故障診断や工場ライン監視等に使用することができる。
【００３７】
各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂは識別番号が付されていて、その識別番号を付加して送信する。各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂのセンサ部６Ａ，６Ｂに複数のセンサを有する場合は、その各センサの識別番号を付加してセンサ信号を送信するようにする。
【００３８】
回転センサとなるセンサ部６Ａは、パルサリング１７と、それに対向して取付けられている磁気センサ１８とで構成される。パルサリング１７は、円周方向に磁極が並ぶ多極に着磁された磁石、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。磁気センサ１８が、パルサリング１７の周方向の周期的な磁気的変化を検出して、内輪５４と外輪５５の相対回転を検出し、回転信号を出力する。この回転信号はパルス列であるが、パルス列の周期データをディジタル化手段７（図１）でディジタル化して送信する。磁気センサ１８は磁界センサであり、磁気抵抗素子型センサ（「ＭＲセンサ」と呼ばれる）以外に、ホール素子型センサ、フラックスゲート型磁気センサ、ＭＩセンサ等のアクティブ磁気センサを使用することができる。
【００３９】
磁気センサ１８は、例えば図３（Ａ）に示すようにパルサリング１７の周方向の磁気的変化の周期に対して位相が略９０°離れたところに２ヵ所配置して回転方向を検出し、周期データ以外に回転方向データを送信するようにしても良い。この場合、同図（Ｂ）のように位相が略９０°ずれた２つのパルス列（Ａ相，Ｂ相）の回転信号が、各磁気センサ１８，１８からそれぞれ出力される。回転方向の検出は、例えば図３（Ｃ）に示すように、ディジタル化手段７に設けられた回転方向検出部７ｄにより、上記２つのパルス列の回転信号を比較して行われる。上記パルス列からその周期Ｔのデータを得る処理は、例えばデータ変換部７ｂにより行うようにする。この周期データに、上記回転方向データを信号処理部７ｃで纏める処理を行う。
【００４０】
上記磁気センサ１８は、磁気抵抗素子型のものであることが好ましい。磁気抵抗素子型磁気センサは、抵抗値を大きくすることで、消費電力を小さくすることができるので、ワイヤレス給電を行うには有利である。
【００４１】
このワイヤレスセンサ付軸受装置によると、センサ部６Ａ，６Ｂによって、軸受５１，５２の知能化を図り、またセンサ信号および給電のワイヤレス化によって配線系の簡素化を図れる。また、センサ信号をディジタル化して送信するため、外乱の影響を受け難くなり、システムの信頼性が向上する。
【００４２】
図５は、このワイヤレスセンサシステムを車輪用軸受装置に適用した実施形態を示す。この車輪用軸受装置３３は、複列の軌道面を有する外方部材１と、上記軌道面に対向する軌道面を有する内方部材２と、対向する両列の軌道面間に介在した複数の転動体３とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持するものである。同図の車輪用軸受装置３３は第４世代型のものであり、内方部材２は、ハブ輪２Ａと等速ジョイント１５の外輪１５ａとで構成され、これらハブ輪２Ａおよび等速ジョイント外輪１５ａに、内方部材２側の各列の軌道面が形成されている。
【００４３】
この車輪用軸受装置３３の外方部材１に、一つのワイヤレスセンサユニット４Ａが設置されている。図１における他のワイヤレスセンサユニット４Ｂは、省略されても良く、また車輪用軸受装置３３とは別に、例えば、車輪にタイヤ空気圧検出用として設置しても良い。
ワイヤレスセンサユニット４Ａは、センサ部６Ａを構成する一つのセンサとして回転センサ６Ａａを有している。この回転センサ６Ａａは、パルサリング１７と、それに対向して取付けられている磁気センサ１８とで構成される。パルサリング１７は、円周方向に磁極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。磁気センサ１８が、パルサリング１７の周方向の周期的な磁気的変化を検出して、内方部材２と外方部材１の相対回転を検出し、回転信号を出力する。この回転信号はパルス列であるが、パルスの周期データをディジタル化して送信する。磁気センサ１８は磁界センサであり、磁気抵抗素子型センサ以外に、ホール素子型センサ、フラックスゲート型磁気センサ、ＭＩセンサ等のアクティブ磁気センサを使用することができる。磁気センサ１８は、パルサリング１７の周方向の磁気的変化の周期に対して位相が略９０°離れたところに２ヵ所配置して回転方向を検出し、周期データ以外に回転方向データを送信しても良い。
【００４４】
ワイヤレスセンサユニット４Ａは、回路ボックス部２４とセンサ設置部２３とが一体化されてユニットとなったものであり、回路ボックス部２４は外方部材１の外面に設置されている。センサ設置部２３は、外方部材１に設けられた径方向の孔を通って軸受内空間に臨んでいる。回路ボックス部２４内に、図１の電力受信部８Ａやセンサ信号送信部９Ａで構成される通信機能部、ディジタル化手段７、および電源回路１０が設けられ、センサ設置部２３に上記磁気センサ１８が設置されている。センサ設置部２３には、上記センサ部６Ａを構成する他のセンサとして、回転以外の別の情報を検出するセンサ２２が設置されている。このセンサ２２は、例えば温度センサ、振動センサ、荷重センサ、予圧センサ等である。
【００４５】
センサ信号受信機５は、車体側に取付けられる。例えば車体のタイヤハウス内等に取付けられる。センサ信号受信機５で受信したセンサ信号は、車体に設けられた車両全体を制御する電気制御ユニット（ＥＣＵ）に送られ、各種制御や異常監視などに使用される。
回転センサ６Ａａは、パルサリング１７と磁気センサ１８とで回転を検出し、ワイヤレスで給電しているので、Ｏ速まで回転を検出することができ、アンチロックブレーキシステムやトラクションコントロール等に使用することができ、自動車制御の高度化を図ることができる。回転方向を検出することで、ヒルホールドコントロール、例えば上り動作時の後退検出やその逆の検出に対応する制御等に使用することができる。
他のセンサ２２により、荷重センサや温度センサなど、回転以外の検出も行うことで、軸受のインテリジェント化ができ、軸受の故障診断や各種自動車制御に使用することができる。
【００４６】
このように、このように車輪用軸受装置３３に適用した場合は、車輪用軸受装置３３のい知能化を図り、またセンサ信号のワイヤレス送信とワイヤレス給電の併用により、車輪と車体間のハーネスを無くしながら、センサ信号のディジタル化によって信頼性の高い自動車制御が行える。
【００４７】
図６は、このワイヤレスセンサシステムを他の形式の車輪用軸受装置３３に適用した例を示す。この車輪用軸受装置３３は、第３世代型のものであり、内方部材２が、ハブ輪２Ａと、その一端の外周に嵌合した内輪２Ｂとで構成され、ハブ輪２Ａおよび内輪２Ｂの外周に、内方部材２側の各列の軌道面が形成されている。等速ジョイント１５は、その外輪１５ａに設けられた軸部がハブ輪２Ａ内に挿通され、ハブ輪２Ａにナットで結合されている。
ワイヤレスセンサユニット４Ａは、外方部材１の端部に取付けられている。ワイヤレスセンサユニット４Ａのセンサ部６Ａは、回転センサ６Ａａで構成され、内方部材２に取付けられたセパルサリング１７と、このパルサリング１７に対向して設けられた磁気センサ１８を有する。パルサリング１７は、多極の磁石等からなる。パルサリング１７は、外方部材１と内方部材２の間の軸受空間を密封するシールの構成部品に設けられている。磁気センサ１８は、磁気抵抗型センサまたはホール素子型センサ等が用いられる。その他の構成は図３に示す例と同様である。
【００４８】
図７は、このワイヤレスセンサシステムをさらに他の形式の車輪用軸受装置３３に適用した例を示す。この車輪用軸受装置３３は、第３世代型の従動輪用のものである。この例では、軸受端部を覆うカバー２５に、ワイヤレスセンサユニット４Ａが取付けられている。ワイヤレスセンサユニット４Ａは、センサ部６Ａとして、パルサリング１７と磁気センサ１８とからなる回転センサ６Ａａを有している。カバー２５に設けられた孔に磁気センサ１８を有するセンサ部６Ａの先端が挿入され、回路ボックス２４がカバー２５の外面に設置されている。この実施形態における他の構成は、図６に示す例と同様である。なお、内輪２Ｂはハブ輪２Ａの端部をかしめて形成されたかしめ部１００により、ハブ輪２Ａと結合されている。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
この発明は、車輪用軸受装置の他、各種産業機械、工作機械、運搬機械等において、各部の軸受や、その他の部位の検出対象のワイヤレス検出に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかるワイヤレスセンサシステムの概念構成を示すブロック図である。
【図２】そのディジタル化手段の内部構成例のブロック図である。
【図３】（Ａ）は同ワイヤレスセンサシステムにおけるセンサ部の回転センサの例の説明図、（Ｂ）はその出力パルスの波形図、（Ｃ）はディジタル化手段の変形例となる内部構成例のブロック図である。
【図４】同ワイヤレスセンサシステムを適用した軸受装置の例を示す断面図である。
【図５】同ワイヤレスセンサシステムを適用した車輪用軸受装置の一例を示す断面図である。
【図６】同ワイヤレスセンサシステムを適用した車輪用軸受装置の他の例を示す断面図である。
【図７】同ワイヤレスセンサシステムを適用した車輪用軸受装置のさらに他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…外方部材
２…内方部材
４Ａ，４Ｂ…ワイヤレスセンサユニット
５…センサ信号受信機
６Ａ，６Ｂ…センサ部
６ａ〜６ｃ…センサ
７…ディジタル化手段
７ａ…データ切替器
７ｂ…データ変換部
７ｃ…信号処理部
８Ａ，８Ｂ…電力受信部
９Ａ，９Ｂ…センサ信号受信部
１２…給電電力送信部
１３…センサ信号受信部
【図１】
2005092704.tif 000003
【図２】
2005092704.tif 000004
【図３】
2005092704.tif 000005
【図４】
2005092704.tif 000006
【図５】
2005092704.tif 000007
【図６】
2005092704.tif 000008
【図７】
2005092704.tif 000009