(57)【要約】【課題】  車両の軸受等のように振動の激しい環境下の長期間の使用においても、機械的な接触不良を起こすことなく信号および電力を中継することができる電力・信号伝送装置を提供すること。【解決手段】  電力・信号伝送装置１１は、ハウジング１の側壁に装着される第１コネクタ１２と、第１コネクタ１２に対して着脱可能な第２コネクタ１３とを備え、第２コネクタ１３と第１コネクタ１２とを嵌合して対向させ、ボルト１４をハウジング１の側壁に螺締することにより連結される。第１コネクタ１２は、発光素子１６と、受光素子１７と、太陽電池１９を有し、第２コネクタ１３は、連結時に第１コネクタ１２の発光素子１６、受光素子１７および太陽電池１９とそれぞれ対向して配置される受光素子１７、発光素子１６および太陽電池１９を備えている。対向する発光素子１６と受光素子１７の間で光結合により信号を中継し、高輝度発光素子１８と太陽電池１９の間で光結合によりセンサを駆動するための電力を中継する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の装置に固定された第１コネクタと、他方の装置にケーブルを介して接続され、前記第１コネクタと対向するように配置される第２コネクタとを備え、前記一方の装置と前記他方の装置との間で伝送される信号および電力を中継する電力・信号伝送装置であって、
前記第１コネクタは、発光素子と受光素子、および太陽電池を備え、
前記第２コネクタは、受光素子と発光素子、および電力供給用発光素子を備え、
前記第１コネクタの発光素子と前記第２コネクタの受光素子の間、および前記第２コネクタの発光素子と前記第１コネクタの受光素子の間で光結合によりそれぞれ信号の中継を行ない、
前記第２コネクタの電力供給用発光素子と前記第１コネクタの太陽電池の間で光結合により電力の中継を行なうことを特徴とする電力・信号伝送装置。
【請求項２】
一方の装置に固定された第１コネクタと、他方の装置にケーブルを介して接続され、前記第１コネクタと対向するように配置される第２コネクタとを備え、前記一方の装置と前記他方の装置との間で伝送される信号および電力を中継する電力・信号伝送装置であって、
前記第１コネクタは、発光素子と受光素子、およびコイルを備え、
前記第２コネクタは、受光素子と発光素子、およびコイルを備え、
前記第１コネクタの発光素子と前記第２コネクタの受光素子の間、および前記第２コネクタの発光素子と前記第１コネクタの受光素子の間で光結合によりそれぞれ信号の中継を行ない、
前記第２コネクタおよび前記第１コネクタのコイル相互間で電磁結合により電力の中継を行なうことを特徴とする電力・信号伝送装置。
【請求項３】
前記一方の装置は、センサを備えたものであり、
前記第１コネクタの発光素子は、前記一方の装置により前記センサの検出信号に応答して駆動されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力・信号伝送装置。
【請求項４】
前記第１コネクタの発光素子は、前記一方の装置により前記センサの検出信号に応答して生成したＰＷＭ信号により駆動されることを特徴とする請求項３に記載の電力・信号伝送装置。
【請求項５】
前記センサは回転速度センサであり、
前記第１コネクタの発光素子は、前記一方の装置により前記回転速度センサの検出信号に応答して電流が変化するトランジスタのオープンコレクタ、またはオープンドレインの出力により駆動されることを特徴とする請求項３に記載の電力・信号伝送装置。
【請求項６】
前記第１コネクタおよび前記第２コネクタの各コイルは、内部に共通して挿通する磁性部材を備えることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載の電力・信号伝送装置。
【請求項７】
前記第１コネクタおよび前記第２コネクタの各コイルは、コ字状磁性部材に巻装されたものであり、
前記第１コネクタと前記第２コネクタとを対向させた際に、前記コ字状磁性部材の端面が対向してループ状磁路が形成されることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載の電力・信号伝送装置。
【請求項８】
前記一方の装置は、車両用軸受装置であり、
前記センサは、前記車両用軸受装置の軸受近傍に着装されて、前記車両用軸受装置の異常を検出するものであり、
前記他方の装置は、車両の車体に搭載された制御装置であり、
該制御装置に伝送する前記センサの検出信号を中継することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の電力・信号伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両、自動車、産業機械、等におけるセンサ等の信号および電力の伝送に際し、光結合、または電磁結合により中継を行なう電力・信号伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の車輪で使用される軸受等では、異常を未然に防止するために、温度や振動や回転速度を検出するセンサが組み込まれている。例えば、図１１に示すように、車輪を支持固定した車軸５１を回転自在に支承する転がり軸受５２が、防水等のために密封された軸受ハウジング５３に収納されると共に、転がり軸受５２の状態を検出するセンサ５４が、軸受ハウジング５３の内部空間に取り付けられている。
【０００３】
センサ５４の検出信号は、転がり軸受５２の異常な状態の場合に警報を発したり等の制御を行なうために、車体に設けた制御装置５５に伝送する必要がある。このため従来は、軸受ハウジング５３を密封するためのハウジングプレート５６に、着脱可能なコネクタ５７を設けてセンサ５４の検出信号を中継し、ケーブル５８を介して制御装置５５に伝送していた。
【０００４】
しかしながら、鉄道車両において使用されるコネクタは、振動の激しい環境下で使用されるのが一般的であり、長期間のうちにはコンタクトが摩耗して接触不良を起こし、検出信号の伝送エラーを生じることがあるので、定期点検および交換を余儀なくされていた。
【０００５】
一方、上記の問題点を回避するために、コネクタを用いることなく、無線手段によりセンサの検出信号を制御装置に伝送する鉄道車両軸受異常検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、図１２に示すように、軸受の異常を検出する温度センサ６１と、送信器６２および電源６３を軸受近傍に配置したケース６４に封入し、温度センサ６１の検出信号を送信器６２により無線信号に変換して外部に突出したアンテナ６５を介して車両に搭載された制御装置６６に伝送する。
【特許文献１】特開平１０−２１７９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の開示のような温度センサ６１の検出信号を無線により伝送する従来の例は、構成が複雑となるためコンパクト性が損なわれ、コストが高くなるという事情がある。また、振動の激しい環境下で用いることから、耐ノイズ性に劣るという問題があった。
【０００７】
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、車両の軸受等のように振動の激しい環境下での長期間の使用においても、機械的な接触不良を起こすことなく信号および電力を中継することができる、信頼性に優れた電力・信号伝送装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明は、小形かつ安価で、耐ノイズ性に優れた電力・信号伝送装置を提供することを他の目的としている。
【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、本発明に係る電力・信号伝送装置は、下記（１）〜（８）を特徴としている。
【００１０】
（１）一方の装置に固定された第１コネクタと、他方の装置にケーブルを介して接続され、前記第１コネクタと対向するように配置される第２コネクタとを備え、前記一方の装置と前記他方の装置との間で伝送される信号および電力を中継する電力・信号伝送装置であって、前記第１コネクタは、発光素子と受光素子、および太陽電池を備え、前記第２コネクタは、受光素子と発光素子、および電力供給用の高輝度発光素子（但し、必要な電力が得られれば、必ずしも高輝度でなくてもよい。）を備え、前記第１コネクタの発光素子と前記第２コネクタの受光素子の間、および前記第２コネクタの発光素子と前記第１コネクタの受光素子の間で光結合によりそれぞれ信号の中継を行ない、前記第２コネクタの高輝度発光素子と前記第１コネクタの太陽電池の間で光結合により電力の中継を行なうこと。
（２）一方の装置に固定された第１コネクタと、他方の装置にケーブルを介して接続され、前記第１コネクタと対向するように配置される第２コネクタとを備え、前記一方の装置と前記他方の装置との間で伝送される信号および電力を中継する電力・信号伝送装置であって、前記第１コネクタは、発光素子と受光素子、およびコイルを備え、前記第２コネクタは、受光素子と発光素子、およびコイルを備え、前記第１コネクタの発光素子と前記第２コネクタの受光素子の間、および前記第２コネクタの発光素子と前記第１コネクタの受光素子の間で光結合によりそれぞれ信号の中継を行ない、前記第２コネクタおよび前記第１コネクタのコイル相互間で電磁結合により電力の中継を行なうこと。
（３）上記（１）または（２）に記載した電力・信号伝送装置であって、前記一方の装置は、センサを備えたものであり、前記第１コネクタの発光素子は、前記一方の装置により前記センサの検出信号に応答して駆動されること。
（４）上記（３）に記載した電力・信号伝送装置であって、前記第１コネクタの発光素子は、前記一方の装置により前記センサの検出信号に応答して生成したＰＷＭ信号により駆動されること。
（５）上記（３）に記載した電力・信号伝送装置であって、前記センサは回転速度センサであり、前記第１コネクタの発光素子は、前記一方の装置により前記回転速度センサの検出信号に応答して電流が変化するトランジスタのオープンコレクタ、またはオープンドレインの出力により駆動されること。
（６）上記（２）〜（５）のいずれかに記載した電力・信号伝送装置であって、前記第１コネクタおよび前記第２コネクタの各コイルは、内部に共通して挿通する磁性部材を備えること。
（７）上記（２）〜（５）のいずれかに記載した電力・信号伝送装置であって、前記第１コネクタおよび前記第２コネクタの各コイルは、コ字状磁性部材に巻装されたものであり、前記第１コネクタと前記第２コネクタとを対向させた際に、前記コ字状磁性部材の端面が対向してループ状磁路が形成されること。
（８）上記（１）〜（７）のいずれかに記載した電力・信号伝送装置であって、前記一方の装置は、車両用軸受装置であり、前記センサは、前記車両用軸受装置の軸受近傍に着装されたものであること。
【００１１】
上記（１）に記載の電力・信号伝送装置によれば、車両の軸受等のように振動の激しい環境下における信号および電力の伝送を光結合によって中継するので、長期間の使用においても機械的な接触不良を起こすことなく、信頼性に優れた電力・信号伝送装置を得ることができる。また、小形かつ安価で、耐ノイズ性に優れた電力・信号伝送装置を提供することができる。
上記（２）に記載の電力・信号伝送装置によれば、車両の軸受等のように振動の激しい環境下における信号の伝送を光結合によって中継し、電力の伝送を電磁結合により中継するので、長期間の使用においても機械的な接触不良を起こすことなく、信頼性に優れ、小形かつ安価で、耐ノイズ性に優れた電力・信号伝送装置を得ることができる。
上記（３）に記載の電力・信号伝送装置によれば、一方の装置に備えたセンサの検出信号を光結合により中継して他方の装置に伝送するので、車両の軸受等のように振動の激しい環境下における長期間の使用においても機械的な接触不良を起こすことなく、信頼性に優れた信号の伝送が可能となる。
上記（４）に記載の電力・信号伝送装置によれば、センサの検出信号をＰＷＭ信号の光結合により中継して他方の装置に伝送するので、車両の軸受等のように振動の激しい環境下における長期間の使用においても機械的な接触不良を起こすことなく、信頼性に優れた信号の伝送が可能となる。
上記（５）に記載の電力・信号伝送装置によれば、一方の装置に備えた回転速度センサの検出信号に応答するトランジスタのオープンコレクタ、またはオープンドレインの出力により発光素子を駆動し、光結合により中継して他方の装置に伝送するので、車両の軸受等のように振動の激しい環境下における長期間の使用においても機械的な接触不良を起こすことなく、信頼性に優れた信号の伝送が可能となる。
上記（６）に記載の電力・信号伝送装置によれば、コイル内部に共通して挿通する強磁性部品を備えることにより、電力の中継効率が向上する。
上記（７）に記載の電力・信号伝送装置によれば、コイル内部において閉磁路を形成することにより、電力の伝送効率が一層向上する。
上記（８）に記載の電力・信号伝送装置によれば、車両用軸受装置に設置したセンサの検出信号を制御装置に伝送するに際して、機械的な接触を伴うことなく中継できるので、伝送の信頼性が向上して長期間の使用が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電力・信号伝送装置によれば、車両の軸受等のように振動の激しい環境下で信号および電力の伝送を行なう際に、長期間の使用においても機械的な接触不良を起こすことなく中継することができ、信頼性に優れ、また、小形かつ安価で、耐ノイズ性にも優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本実施形態では、本発明の電力・信号伝送装置を鉄道車両の車軸を支承する軸受の異常を検出するための軸受異常検出装置に適用した場合を例示する。この異常検出装置では、軸受が収納された軸受箱と車体に搭載された制御装置の間におけるセンサの検出信号およびセンサに供給する電力の伝送を、軸受箱に設けられた電力・信号伝送装置で中継する。まず、軸受の温度を検出して軸受の異常を検出する軸受異常検出装置に本発明の電力・信号伝送装置を適用した例について説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。尚、各図面において共通する構成要素については、同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明の電力・信号伝送装置が設けられた軸受箱の概略構成を示す図であり、（ａ）は車軸方向から見た正面図、（ｂ）は車軸における縦断面図である。軸受箱のハウジング１は、車輪を支持固定する車軸２を回転自在に支承する転がり軸受３を保持している。転がり軸受３の近傍にはセンサ取付板４が設けられ、転がり軸受３の温度を検出するためのセンサ部１０がボルト５によって装着されている。センサ部１０は、ケーブル６を介してハウジング１の側壁に装着された電力・信号伝送装置１１の一端に接続されると共に、電力・信号伝送装置１１の他端はケーブル７を介して制御装置８に接続されて、センサ部１０で検出した転がり軸受３の温度検出信号を制御装置８に伝送する。尚、軸受箱は、塵芥による転がり軸受３の故障を防止するために、ハウジングプレート９によって密封されている。
【００１６】
図２は、本実施形態の電力・信号伝送装置１１を構成する第１コネクタ１２と第２コネクタ１３が連結された状態を示す概略断面図である。電力・信号伝送装置１１は、ハウジング１の側壁に装着される第１コネクタ１２と、第１コネクタ１２に対して着脱可能な第２コネクタ１３とを備え、第２コネクタ１３と第１コネクタ１２とを嵌合して対向させ、ボルト１４をハウジング１の側壁に螺締することにより固定される。
【００１７】
第１コネクタ１２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子１６と、フォトトランジスタ等の受光素子１７と、太陽電池等の光発電素子１９を有して構成され、各素子はケーブル６を介して図１に示したセンサ部１０にそれぞれ接続されると共に、防塵用の透明な透過窓１５によって前方を保護されている。
【００１８】
第２コネクタ１３は、第１コネクタ１２と同様の発光素子１６および受光素子１７と、赤外線ＬＥＤ等の電力供給用の高輝度発光素子１８を備え、各素子はケーブル７を介して図１に示した制御装置８に接続されると共に、防塵用の透明な透過窓１５によって前方を保護されている。尚、電力供給用の発光素子１８は、必要な電力が得られるのであれば、高輝度でない発光素子でもよいが、安定して高い電力を得るために高輝度であることが望ましく、本実施形態では高輝度発光素子を用いている。
【００１９】
尚、第１コネクタ１２と第２コネクタ１３の相互間における発光素子１６と受光素子１７、および第２コネクタ１３の高輝度発光素子１８と第１コネクタ１２の光発電素子１９は、それぞれ透過窓１５を介して光軸を一致させ、光結合するように対向して配置される。
【００２０】
図３は、本実施形態の電力・信号伝送装置１１を適用し、軸受の温度を検出する軸受異常検出装置の電気的な概略構成を示すシステムブロック図であり、センサ部１０と、電力・信号伝送装置１１を構成する第１コネクタ１２および第２コネクタ１３と、制御装置８を有する構成である。
【００２１】
センサ部１０は、サーミスタ等の感温素子１０１と、トランジスタ１０２と、定電圧回路１０３等を有して構成される。また、第１コネクタ１２は、センサ部１０のトランジスタ１０２に接続される発光素子１６と、未接続の受光素子１７と、電圧回路１０３に接続される太陽電池１９を備えている。さらに、第２コネクタ１３は、制御装置８に接続される受光素子１７と、未接続の発光素子１６と、高輝度発光素子１８を備える構成である。
【００２２】
次に、図１〜図３を参照しながら本実施形態の電力・信号伝送装置１１の動作について説明する。まず、第２コネクタ１３の高輝度発光素子１８は、制御装置８から電流を供給されて発光し、図２に示した透過窓１５を介して第１コネクタ１２の太陽電池１９を照射する。太陽電池１９は、照射された光エネルギーを電気エネルギーに変換し、定電圧回路１０３で所定電圧に安定化してサーミスタ１０１に電流を供給する。
【００２３】
サーミスタ１０１は、転がり軸受３の温度によって抵抗値が変わり、これによって流れる電流が変化して温度検出信号を生成する。トランジスタ１０２は、サーミスタ１０１の温度検出信号を増幅してコレクタに接続された発光素子１６を駆動し、転がり軸受３の温度に応答した輝度で発光させる。
【００２４】
第２コネクタ１３の受光素子１７は、発光素子１６の放射光を受光して温度検出信号に変換し、ケーブル７を介して制御装置８に伝送する。制御装置８は、温度検出信号に基づいて転がり軸受３の温度を監視し、異常な温度の場合にアラームを発する。これにより、軸受の異常を未然に防止することができる。
【００２５】
図４は、本実施形態の電力・信号伝送装置１１を適用した他の軸受異常検出装置の電気的な概略構成を示すシステムブロック図であり、センサ部２０と、電力・信号伝送装置１１を構成する第１コネクタ１２および第２コネクタ１３と、制御装置８を有する構成である。
【００２６】
センサ部２０は、センサ２０１と、パルス幅変調器２０２およびトランジスタ１０２を備え、集積化して構成されている。また、第１コネクタ２２は、センサ部２０のトランジスタ１０２に接続される発光素子１６と、未接続の受光素子１７と、センサ２０１に電力を供給する太陽電池１９を備えている。さらに、第２コネクタ２３は、制御装置８に接続された発光素子１６と、未接続の受光素子１７と、高輝度発光素子１８を備える構成である。
【００２７】
センサ２０１によって検出された転がり軸受の検出信号は、パルス幅変調器２０２によってＰＷＭ信号に変換され、トランジスタ１０２で増幅されて発光素子１６を駆動する。発光素子１６はＰＷＭ信号に応答して発光し、光結合した第２コネクタ１３の受光素子１７でこれを受光してＰＷＭ信号を復元する。
【００２８】
尚、第１コネクタ２２の未接続の受光素子１７と第２コネクタ２３の未接続の発光素子１６は、例えば、センサ部２０のオン、オフやゲインを制御するために制御装置８から伝送される制御信号を中継するために使用される。
【００２９】
このような本発明の第１の実施形態である電力・信号伝送装置１１によれば、センサ部１０を動作させるための電力と、センサ部１０において検出した転がり軸受３の温度検出信号を伝送するに際し、第１コネクタ１２に備えた発光素子１６と太陽電池１９、および第２コネクタ１３に備えた受光素子１７と高輝度発光素子１８を用いて光結合により中継する。
【００３０】
従って、車両の軸受等のように振動の激しい環境における電力・信号伝送装置１１の長期間の使用においても、機械的な接触不良を起こすことがなく、信号および電力の信頼性に優れた中継を行なうことができる。
【００３１】
また、センサ２０１と、パルス幅変調器２０２およびトランジスタ１０２を集積化してセンサ部２０を構成し、センサ検出信号をＰＷＭ信号で伝送することにより、センサ部の小型化が容易になる。
【００３２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、本発明の電力・信号伝送装置を車両の車軸軸受の回転速度を検出して軸受の異常を検出する軸受異常検出装置に適用した例である。以下、本実施形態について、図５および図６を用いて説明する。尚、各図面において、図１〜図４と共通する構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。
【００３３】
図５は、本実施形態の電力・信号伝送装置が設けられた軸受箱の概略構成を示す図であり、（ａ）は車軸方向から見た正面図、（ｂ）は車軸における縦断面図である。車軸１には回転速度検出用の歯車４０が固定されており、また、センサ取付板４にはセンサ部３０がボルト５によって装着され、ケーブル６を介してハウジング１の側壁に装着された電力・信号伝送装置１１に接続されている。
【００３４】
図６は、本実施形態の電力・信号伝送装置１１を適用した軸受異常検出装置の電気的な概略構成を示すシステムブロック図であり、センサ部３０と、電力・信号伝送装置１１を構成する第１コネクタ１２および第２コネクタ１３と、制御装置８を有する構成である。
【００３５】
センサ部３０は、図５に示す歯車４０の外周に対して微小ギャップを隔てて設けられた、歯車４０の歯を磁気的に検出するための、ホール素子、磁気抵抗素子、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）素子、等といった磁気検出素子と、磁束を発生する磁石と、第１コネクタ１２の発光素子１６を駆動するためのオープンコレクタ構成のトランジスタ３０２を備えた回転速度センサ３０１を有する構成である。
【００３６】
回転速度センサ３０１は、第１コネクタ１２の太陽電池１９から電力を供給され、前述の磁石と歯車４０とで形成される磁路の磁束が歯車４０の回転に伴って変化するのを前述の磁気検出素子で検出してパルス信号を生成し、第１コネクタ１２の発光素子１６を点滅させる。
【００３７】
第１コネクタ１２の発光素子１６に光結合した第２コネクタ１３の受光素子１７は、発光素子１６の放射光を受光してパルス信号に変換し、ケーブル７を介して制御装置８に伝送する。制御装置８では、受信したパルス信号を計数したり、周期を計測することにより、転がり軸受３の回転速度を検出する。
【００３８】
このような本発明の第２の実施形態である電力・信号伝送装置１１によれば、車軸１に設けた歯車４０をセンサ部３０により磁気的に検出し、トランジスタ３０２のオープンコレクタで出力することにより、簡単な回路で電力・信号伝送装置１１の発光素子１６を駆動でき、パルス信号として制御装置８に伝送するので、耐ノイズ性に優れた電力・信号伝送装置中継を行なうことができる。
【００３９】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、本発明の電力・信号伝送装置の他の構成を例示するものである。以下、本実施形態について、図７〜図１０を用いて説明する。尚、各図面において、図１〜図６と共通する構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。
【００４０】
図７は、本実施形態の電力・信号伝送装置２１を構成する第１コネクタ２２と第２コネクタ２３が連結された状態を示す概略断面図である。電力・信号伝送装置２１は、ハウジング１の側壁に装着された第１コネクタ２２と、第１コネクタ２２に対して着脱可能な第２コネクタ２３とを備え、第２コネクタ２３と第１コネクタ２２とを嵌合して対向させ、ボルト１４をハウジング１の側壁に螺締することにより固定される。
【００４１】
第１コネクタ２２は、ＬＥＤ等の発光素子１６と、フォトトランジスタ等の受光素子１７と、電磁コイル２４を有して構成され、各素子はケーブル６を介してセンサ部にそれぞれ接続されると共に、防塵用の透明な透過窓１５によって前方を保護されている。
【００４２】
第２コネクタ２３は、第１コネクタ２２と同様の発光素子１６および受光素子１７と、電磁コイル２５を備え、各素子はケーブル７を介して制御装置に接続されると共に、防塵用の透明な透過窓１５によって前方を保護されている。
【００４３】
尚、第１コネクタ２２と第２コネクタ２３の相互間において、発光素子１６と受光素子１７はそれぞれ透過窓１５を介して光軸を一致させ、光結合するように対向して配置されると共に、電磁コイル２４、２５はコイル中心を一致させて電磁結合するように設置される。
【００４４】
図８は、本実施形態の電力・信号伝送装置２１を適用した軸受異常検出装置の電気的構成を示すシステムブロック図であり、センサ部４０と、電力・信号伝送装置２１を構成する第１コネクタ２２および第２コネクタ２３と、制御装置８を有する構成である。
【００４５】
センサ部４０は、センサ２０１と、パルス幅変調器２０２と、トランジスタ１０２と、定電圧回路１０３と、整流器４０１を有する構成である。また、第１コネクタ２２は、センサ部４０のトランジスタ１０２に接続される発光素子１６と、未接続の受光素子１７と、整流器４０１に接続される電磁コイル２４を備えている。さらに、第２コネクタ２３は、ケーブル７を介して制御装置８に接続される受光素子１７と、未接続の発光素子１６および電磁コイル２５を備える構成である。
【００４６】
次に、図７および図８を参照しながら本実施形態の電力・信号伝送装置２１の動作について説明する。まず、第２コネクタ２３の電磁コイル２５に制御装置から交流電圧を印加し、電磁結合された第１コネクタ２２の電磁コイル２４に交流電圧を誘起する。これを整流器４０１によって直流電圧に変換し、定電圧回路１０３で所定電圧に安定化してセンサ２０１の電源電圧として供給する。
【００４７】
センサ２０１は、転がり軸受３の温度や振動等を検出するものであり、検出信号をパルス幅変調器２０２により変調してＰＷＭ信号を得る。トランジスタ１０２は、このＰＷＭ信号を増幅してコレクタに接続された第１コネクタ２２の発光素子１６を駆動し、発光させる。
【００４８】
発光素子１６の照射光は、光結合した第２コネクタ２３の受光素子１７に伝達されてＰＷＭ電気信号に復元され、ケーブル７を介して制御装置８に伝送される。
【００４９】
尚、上記の図７に示した電力・信号伝送装置２１の例では、空心の電磁コイル２４、２５を用いてセンサ４０への電力を供給するように構成したが、磁性部材からなるコアを用いることにより、コイル間の電磁結合を強くして、電力・信号伝送装置２１における電力の伝達効率を高めることができる。
【００５０】
図９は、電磁コイルのコアに棒状コアを用いた電力・信号伝送装置の例を示すものである。電力・信号伝送装置３１を構成する第２コネクタ３３の電磁コイル３５の中心に透磁率の大きいケイ素鋼やニッケル、フェライト等の棒状コア３６を固定し、第１コネクタ３２と第２コネクタ３３を連結した際に、第１コネクタ３２の電磁コイル３４に棒状コア３４が挿入される構成を有している。
【００５１】
この構成により、電磁コイル３４、３５の電磁誘導時における磁気抵抗が小さくなって電磁結合が強くなり、第２コネクタ３３から第１コネクタ３２への電力の伝達効率が向上する。
【００５２】
図１０は、電磁コイルのコアにコ字状コアを用いた電力・信号伝送装置の例を示すものである。電力・信号伝送装置４１を構成する第１コネクタ４２および第２コネクタ４３の各電磁コイル４４、４５の中心にそれぞれコ字状コア４６、４７を設け、第１コネクタ４２と第２コネクタ４３を連結した際に、コア４６、４７の端面が相対して極近接する構成を有している。
【００５３】
この構成により、電磁コイル４４、４５の中心を通るループ状の磁気回路が形成され、電磁誘導時における磁気抵抗が小さくなって電磁結合が強くなり、電力の伝達効率が著しく向上する。
【００５４】
このような本発明の第３の実施形態である電力・信号伝送装置２１によれば、第１コネクタ２２に備えた発光素子１６と電磁コイル２４、および第２コネクタ２３に備えた受光素子１７と電磁コイル２５を用いることにより、センサ部４０の検出信号を光結合により伝送すると共に、センサ部４０を動作させるための電力を電磁結合により中継する。
【００５５】
従って、車両の軸受等のように振動の激しい環境における電力・信号伝送装置２１の長期間の使用においても、機械的な接触不良を起こすことがなく、信号および電力の信頼性に優れた中継を行なうことができる。
【００５６】
また、本実施形態の電力・信号伝送装置３１によれば、第１コネクタ３２の電磁コイル３４および第２コネクタ３３の電磁コイル３５の中心に磁性部材からなる棒状コア３６を設けることにより、電磁コイル３４、３５の電磁結合を強くして電力の伝達効率を向上させることができる。
【００５７】
さらに、本実施形態の電力・信号伝送装置４１によれば、第１コネクタ４２および第２コネクタ４３の各電磁コイル４４、４５の中心にそれぞれ磁性部材からなるコ字状コア４６、４７を設け、第１コネクタ４２と第２コネクタ４３を連結した際に、コア４４、４５の端面が相対して極近接する構成とすることにより、電力の伝達効率を著しく向上させることができる。
【００５８】
尚、第１〜第３の実施形態においては、本発明の電力・信号伝送装置を、温度センサおよび回転速度センサを用いて軸受の異常を検出する軸受異常検出装置に適用する例について説明したが、これらに限ることなく、他のセンサ、例えば振動センサを用いて軸受の異常振動を検出する軸受異常検出装置に同様に適用できることはいうまでもない。
【００５９】
また、センサ検出信号は、電力・信号伝送装置において光結合により中継して制御装置に伝送したが、電磁コイルによる電磁結合により中継するようにしてもよい。
【００６０】
さらに、センサ部を動作させるための電力は、制御装置８から伝送して電力・信号伝送装置に備えた高輝度発光素子と太陽電池からなる光結合、またはコイルの電磁結合で中継して得たが、センサ部に予め備えた電池や熱発電、または振動発電により得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施形態である電力・信号伝送装置を適用した軸受箱の概略構成を示す車軸方向から見た正面図、そして（ｂ）本発明の第１の実施形態である電力・信号伝送装置を適用した軸受箱の概略構成を示す車軸における縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態である電力・信号伝送装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態である電力・信号伝送装置を適用した軸受異常検出装置の電気的な概略構成を示すシステムブロック図である。
【図４】第１の実施形態のセンサ検出信号をＰＷＭ信号によって伝送する例の概略構成を示すシステムブロック図である。
【図５】（ａ）本発明の第２の実施形態である電力・信号伝送装置を適用した軸受箱の概略構成を示す車軸方向から見た正面図、そして（ｂ）本発明の第２の実施形態である電力・信号伝送装置を適用した軸受箱の概略構成を示す車軸における縦断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態である電力・信号伝送装置を適用した軸受異常検出装置の電気的な概略構成を示すシステムブロック図である。
【図７】本発明の第３の実施形態である電力・信号伝送装置の概略構成を示す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態である電力・信号伝送装置を適用した軸受異常検出装置の電気的な概略構成を示すシステムブロック図である。
【図９】本発明の第３の実施形態である他の電力・信号伝送装置の概略構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態である別の電力・信号伝送装置の概略構成を示す断面図である。
【図１１】従来の電力・信号伝送装置が設けられた軸受箱の概略構成を示す車軸における縦断面図である。
【図１２】センサ信号を無線手段により伝送する従来の軸受異常検出装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  ハウジング
２  車軸
３  転がり軸受
８  制御装置
１０、２０、３０、４０  センサ部
１１、２１、３１、４１  電力・信号伝送装置
１２、２２、３２、４２  第１コネクタ
１３、２３、３３、４３  第２コネクタ
１６  発光素子
１７  受光素子
１８  高輝度発光素子
１９  太陽電池
２４、２５、３４、３５、４４、４５  電磁コイル
３６  棒状コア
４６、４７  コ字状コア
１０１  サーミスタ
１０２  トランジスタ
２０４  パルス幅変調器
３０１  回転速度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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