(57)【要約】【課題】センサ回路等の電気回路をもったケース体の交換が容易な回転センサを提供する。【解決手段】軸受ハウジング８に嵌合される外輪１２をもった自動調心軸受６と、自動調心軸受６の内輪１３及び回転軸３が嵌合されるアダプタスリーブ７とを備え、環状の樹脂ケースからなるケース体２の内部に、バックマグネット２３付きの磁気センサ素子２４、発電回路１９、２０、電源回路２１、送受信装置２２を含む電気回路や永久磁石３０を収容し、軸受ハウジング８の内周端部にケース座部３６を形成し、軸受６の組み込み位置を軸方向に制限する軸受用肩部１７と、ケース体２をケース座部３６に嵌める挿入位置を軸方向に制限するケース用肩部３７とを形成し、エンコーダ４をアダプタスリーブ７に形成し、ケース体２をケース座部３６に嵌めることによって軸受箱５の内部に着脱自在に取り付けた回転センサとする。【選択図】図１
2013124874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界の変化を検出するセンサ回路が設けられた環状のケース体を備え、
回転軸の一部として回転するエンコーダによって当該回転が前記磁界の変化に変換され、前記ケース体が回転軸に対して静止するように配置される回転センサにおいて、
軸受ハウジングに着脱される密封用のカバーをもった軸受箱を備え、
前記ケース体の内部に、前記センサ回路を含む電気回路が収容されており、
前記ケース体が、前記軸受ハウジング又は前記カバーの内周端部に形成されたケース座部に嵌めることによって、前記軸受箱の内部に着脱自在に取り付けられていることを特徴とする回転センサ。
【請求項２】
前記軸受ハウジングに嵌合される外輪をもった自動調心軸受と、前記自動調心軸受の内輪及び前記回転軸が嵌合されるアダプタスリーブとを備え、
前記軸受箱が、前記軸受ハウジングに対する前記自動調心軸受の組み込み位置を軸方向に制限する軸受用肩部と、前記ケース体を前記ケース座部に嵌める挿入位置を軸方向に制限するケース用肩部とを有し、
前記ケース体が、環状の樹脂ケースからなり、
前記エンコーダが、前記アダプタスリーブに形成されており、又は前記アダプタスリーブに装着されている請求項１に記載の回転センサ。
【請求項３】
前記回転軸の回転を電力に変換する発電回路と、入力された前記電力から所定の出力電力を生成する電源回路と、外部機器との通信処理を実行する送受信装置とが、前記ケース体の内部に収容されており、
前記発電回路が、円周方向の複数個所に配置されており、
前記電源回路が、デジタル電源になっており、
前記送受信装置が、外部との通信を無線通信のみで行い、外部電源の供給が不要であり、前記カバーが樹脂で形成されている請求項２に記載の回転センサ。
【請求項４】
前記センサ回路が、前記磁界を発生するバックマグネットと一体化された磁気センサ素子からなり、
前記エンコーダが、前記回転に伴う前記バックマグネットとの間のギャップ変化で前記磁界の変化を作り出すように設けられており、
前記複数の発電回路の中に、前記バックマグネットの磁界がコイルに与えられ、前記エンコーダの回転によって当該コイルに誘導起電力が生じるものを含んでいる請求項３に記載の回転センサ。
【請求項５】
前記コイルが、前記磁気センサ素子と前記エンコーダの対向方向に沿ったコイル軸方向をもつように前記バックマグネットを取り囲み、かつ前記磁気センサ素子よりも前記エンコーダから前記対向方向に遠くなるように配置されている請求項４に記載の回転センサ。
【請求項６】
前記複数の発電回路の中に、前記磁気センサ素子から円周方向に離れたところに配置された永久磁石の磁界が第２コイルに与えられ、前記エンコーダの回転によって当該第２コイルに誘導起電力が生じるものを含んでおり、
２個以上の前記永久磁石及び前記第２コイルを備え、これら永久磁石ごとに前記第２コイルで取り囲み、これら第２コイルごとに前記電源回路と接続されている請求項５に記載の回転センサ。
【請求項７】
前記複数の発電回路の中に、前記磁気センサ素子から円周方向に離れたところに配置された永久磁石の磁界が第２コイルに与えられ、前記エンコーダの回転によって当該第２コイルに誘導起電力が生じるものを含んでおり、
前記第２コイルを１個だけ備え、２個以上の前記永久磁石の磁界が前記第２コイルに与えられる請求項５に記載の回転センサ。
【請求項８】
前記磁界を発生する永久磁石が、前記ケース体に収容されており、
前記エンコーダが、前記回転に伴う前記永久磁石との間のギャップ変化で前記磁界の変化を作り出すように設けられており、
前記複数の発電回路の中に、前記磁界がコイルに与えられ、前記エンコーダの回転によって当該コイルに誘導起電力が生じるものを含んでおり、
前記センサ回路が、前記誘導起電力の交流成分から回転速度成分に変換するように設けられている請求項３に記載の回転センサ。
【請求項９】
前記エンコーダが、前記アダプタスリーブの外径面に形成されており、
前記コイルが、コイル内側に配置された前記永久磁石と、前記アダプタスリーブの外径面と、コイル外周及び永久磁石を覆うように前記ケース体に収容されたヨークとにより取り囲まれる請求項８に記載の回転センサ。
【請求項１０】
前記エンコーダが、前記アダプタスリーブの外径面に形成されており、
前記ギャップ変化が、前記アダプタスリーブの切割りと、この切割り幅と同じ円周方向幅かつ等配ピッチで形成された空所と、円周方向に隣接する前記空所間を仕切る外径残部とで設けられている請求項４から９のいずれか１項に記載の回転センサ。
【請求項１１】
前記エンコーダが、円周方向に並ぶ多極をもった磁気環状体からなり、
前記複数の発電回路の中に、前記エンコーダの前記磁界がコイルに与えられ、当該エンコーダの回転によって当該コイルに誘導起電力が生じるものを含んでおり、
前記コイルの内側に前記磁界を誘導するヨークが、前記ケース体に収容されている請求項３に記載の回転センサ。
【請求項１２】
前記エンコーダが、前記アダプタスリーブの外径面に嵌着されているゴム磁石からなる請求項１１に記載の回転センサ。
【請求項１３】
前記複数の発電回路の中に、前記回転軸から前記軸受箱に伝わる外力でピエゾフィルムが起電力を生じるものを含んでいる請求項３に記載の回転センサ。
【請求項１４】
前記複数の発電回路の中に、前記回転軸から前記軸受箱に伝わる外力で圧電セラミックスに起電力が生じるものを含んでいる請求項３に記載の回転センサ。
【請求項１５】
前記複数の発電回路の中に、前記回転軸の回転に伴う前記軸受箱の内部の温度上昇で熱電変換素子に起電力が生じるものを含んでいる請求項３に記載の回転センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、他の装置の回転軸と静止体との間に組み込まれる回転センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ軸、車軸、ロール軸といった回転軸の制御のために、回転速度、回転方向、回転角度の少なくとも１つを検出可能な非接触式の回転センサが利用されている。この種の回転センサとして、磁界の変化を検出するセンサ回路を備え、回転軸の一部として回転するエンコーダによって当該回転が前記磁界の変化に変換され、センサ回路が回転軸に対して静止するように配置されるものがある。
【０００３】
中でも、他装置への組み込みが容易な回転センサ付軸受が普及している。回転センサ付軸受は、センサ回路を外部から防護するように内包する環状のケース体が外輪に圧入嵌合等で固定され、環状のエンコーダが内輪に圧入嵌合等で固定されている。ケース体、エンコーダを環状にすることにより、嵌合構造を利用した径方向位置決めを行うと共に、適宜、他装置の回転軸を内輪に挿入可能としている。このため、その軸受を他装置の回転軸支持に用いれば回転センサを簡単に組み込むことができる。
【０００４】
近年、外部電源との接続を不要にするため、自己発電機能を備えた回転センサが提案されている。例えば、特許文献１に開示された回転センサ付軸受は、センサ回路、発電用のコイルをケース体の樹脂環部に装着し、センサ回路に検出用磁界を与える多極着磁のエンコーダ、コイルに発電用磁界を与える多極着磁の発電用磁石を芯金に装着し、その芯金を内輪に固定したものである。回転軸（内輪）と静止体（外輪）間の相対回転による発電用磁石の磁界の変化がコイルを貫通する磁束の変化となるので、コイルに誘導起電力が生じる。このように電磁誘導を介して回転軸の回転が電力に変換され、この発電電力がケース体に固定された所定の電源回路に入力され、電源回路がその入力から所定の出力電力を生成し、その出力電力が所定の電力消費部へ供給されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２６９５１号公報
【発明の概要】
【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のように、外輪に対してケース体を固定するものは、樹脂環部を複数の芯金で径方向及び軸方向から覆って内包するため、樹脂環部を芯金の内側に接着したり、芯金の爪曲げで固定したりしてケース体に組み立てた後、芯金端部を外輪に圧入嵌合したり、シール溝に押し込んだりすることで固定している。このため、軸受やケース体に設けられた電気回路が万一故障したとき、ケース体を交換することができない。
【０００７】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、センサ回路等の電気回路をもったケース体の交換が容易な回転センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を達成するこの発明は、磁界の変化を検出するセンサ回路が設けられた環状のケース体を備え、回転軸の一部として回転するエンコーダによって当該回転が前記磁界の変化に変換され、かつ前記ケース体が回転軸に対して静止するように配置される回転センサにおいて、軸受ハウジングに着脱される密封用のカバーをもった軸受箱を備え、前記ケース体の内部に、前記センサ回路を含む電気回路が収容されており、前記ケース体が、前記軸受ハウジング又は前記カバーの内周端部に形成されたケース座部に嵌めることによって、前記軸受箱の内部に着脱自在に取り付けられている構成を採用したものである。
【０００９】
すなわち、軸受箱は、使用者が適宜の支持面に軸受ハウジングを取り付け、軸受ハウジングに対し転がり軸受を利用して回転軸を支持するためのものなので、センサ回路の配置基準にすることができる。軸受箱の内部は、転がり軸受を収めるため、密封構造となっている。その軸受箱の内部に位置する軸受ハウジングの内周端部やカバーの内周端部は、軸受ハウジングの軸受座よりも軸方向外側に設けられ、かつカバーを取り外した状態で露出させられるので、環状のケース体の配置に利用することができる。すなわち、これら内周端部には、環状のケース体との嵌め合い構造を利用してケース体を着脱自在に取り付けるためのケース座部を形成することができる。センサ回路を含む電気回路がケース体の内部に収容されているので、ケース体をケース座部に着脱する際も電気回路を保護することができる。ケース座部を軸受ハウジングの内周端部に形成した場合、カバーを取り外し、ケース体を嵌めるときと逆方向にケース座部から抜けば、軸受とは無関係に、ケース体を軸受ハウジングから分離することができる。ケース座部をカバーの内周端部に形成した場合、カバーを取り外せば、やはり軸受とは無関係に、軸受ハウジングからケース体を分離することができる。いずれの場合にせよ、軸受を軸受ハウジングに残したままカバーの取り外しや、ケース体の抜き取りをするだけであり、ケース体の交換を容易に実施することができる。
【００１０】
前記エンコーダの仕様は、前記ケース体がケース座部に位置決めされた状態を前提に、予め回転センサの提供者側で決定することが可能である。使用者は、提供者側で決めた軸受箱基準の仕様を満足する他装置の回転軸を選び、軸受箱の内部に組み込むことができる。したがって、エンコーダを装着するための回転軸又はエンコーダが形成された回転軸（これらは使用者によって他装置の回転軸と連結される）を備えている回転センサとして提供することは必須でない。他装置の回転軸にエンコーダを装着する前提でエンコーダを適切に配置可能な回転センサを提供すれば、使用者が回転センサを適切に組み込むことが容易で、利便性に優れる。
【００１１】
前記の利便性を実現するため、前記軸受ハウジングに嵌合される外輪をもった自動調心軸受と、前記自動調心軸受の内輪及び前記回転軸が嵌合されるアダプタスリーブとを備え、前記軸受箱が、前記軸受ハウジングに対する前記自動調心軸受の組み込み位置を軸方向に制限する軸受用肩部と、前記ケース体を前記ケース座部に嵌める挿入位置を軸方向に制限するケース用肩部とを有し、前記エンコーダが、前記アダプタスリーブに形成されており、又は前記アダプタスリーブに装着されていることが好ましい。アダプタスリーブは、円すい状外径面とテーパ穴の内輪間の締め代により軸受内部すきまが調節可能であり、ロックナットと、座金とを用いることにより、転がり軸受を、回転軸の円筒状外径面に取り付けるためのものである。軸受ハウジングに軸受の外輪が嵌合されるので、軸受箱の軸受用肩部で軸受ハウジングに対する軸受の組み込み位置を軸方向に制限しておけば、使用者がアダプタスリーブ、軸受を用いて回転軸を軸受ハウジングに支持させる際、内輪に対するアダプタスリーブの位置は軸受内部すきまの調整範囲内に限定され、軸受箱に対する軸受、アダプタスリーブ及び回転軸の位置は軸受用肩部で限定される。したがって、エンコーダをアダプタスリーブに形成した、又はアダプタスリーブに装着した回転センサを提供すれば、軸受箱に対するエンコーダの組み込み位置を予め提供者側で決定することができる。さらに、ケース体をケース座部に嵌める際の挿入位置をケース用肩部で軸方向に制限しておけば、軸受箱に対するケース体の組み込み位置も予め提供者側で決定することができる。ケース体等の軸受箱側とアダプタスリーブ（エンコーダ、回転軸側）との間のミスアライメントは、回転検出が可能な範囲内に留めればよい。軸受として自動調心軸受を採用すれば、許容するミスアライメントを軸受の許容調心角として予め提供者側で決定することができる。したがって、使用者は、予め提供者側で軸受に規定された条件を満足するように、組み込む先とする他装置の回転軸、静止体を選択すれば、回転センサを適切に組み込むことができる。
【００１２】
前記ケース体が、環状のセラミックスや樹脂ケースからなることが好ましい。ケース体をセラミックスや樹脂ケースとすることで、ケース体に収容する前記電気回路とケース体外部との絶縁が容易になる。製作性、コスト、取扱い性を考慮すると樹脂ケースがより好ましい。樹脂ケースからなるケース体を採用しても、軸受箱の内部にケース体を配置すれば、軸受箱によって外部から防護することができる。
【００１３】
上記の構成においては、前記回転軸の回転を電力に変換する発電回路と、入力された前記電力から所定の出力電力を生成する電源回路と、外部機器との通信処理を実行する送受信装置とが、前記ケース体の内部に収容されており、前記発電回路が、円周方向の複数個所に配置されており、前記電源回路が、デジタル電源になっていることが好ましい。回転軸の回転を電力に変換する発電回路を備えたものにすれば、省電力な自己発電型回転センサを提供することができる。エネルギ変換箇所である発電回路の数を増やすと、回転センサの高機能化による消費電力の増大に対応したり、蓄電能力を増大したりすることができる。発電回路を円周方向の複数個所に配置すると、ケース体の周方向長さを活かして発電回路の数を増やすことができる。回転センサの高機能化に対応するため、電源回路をデジタル電源にすることが好ましい。デジタル電源は、デジタル信号の入出力を外部機器との間で送受信するマイクロコントローラを含み、マイクロコントローラが外部機器から送信された制御命令を実行するようになっている。送受信装置を備えているので、マクロコントローラと外部機器間の送受信が可能である。マイクロコントローラには、電源ＯＮ／ＯＦＦ制御、出力電圧制御、状態監視制御等の機能を適宜に実装し、回転センサの高機能化を図ることができる。
【００１４】
特に、外部との通信を無線通信のみで行い、外部電源の供給が不要なものとすれば、軸受箱の内部外を貫通する配線を無くすことができる。また、軸受箱の内部に配置する全ての電気回路がケース体の内部に収容されるので、ケース体着脱時の取り扱い性も優れる。
【００１５】
前記のように無線通信を採用する場合、前記カバーが樹脂で形成されていることが好ましい。カバーが電波透過性をもつので、一般的な金属製の軸受ハウジングを採用することができる。
【００１６】
前記発電回路として、例えば、電磁誘導、圧電効果、又はゼーベック効果で起電力が生じるものを採用することができる。
【００１７】
上記の構成において電磁誘導を利用した発電を採用する場合、前記センサ回路が、前記磁界を発生するバックマグネットと一体化された磁気センサ素子からなり、前記エンコーダが、前記回転に伴う前記バックマグネットとの間のギャップ変化で前記磁界の変化を作り出すように設けられており、前記複数の発電回路の中に、前記バックマグネットの磁界がコイルに与えられ、前記エンコーダの回転によって当該コイルに誘導起電力が生じるものを含んでいることが好ましい。バックマグネットは磁気センサ素子の磁気−電気信号変換部に所定のバイアス磁界を与える永久磁石からなるので、その磁気センサ素子の近傍にコイルを配置すれば、エンコーダが作り出すバックマグネットの磁界の変化でコイルに誘導起電力を生じさせることができる。センサ回路を含む電子部品１個の実装でバックマグネットを同時に配置することができ、そのバックマグネットを発電に活用することができる。
【００１８】
より好ましくは、前記コイルが、前記磁気センサ素子と前記エンコーダの対向方向に沿ったコイル軸方向をもつように前記バックマグネットを取り囲み、かつ前記磁気センサ素子よりも前記エンコーダから前記対向方向に遠くなるように配置されているとよい。コイルが磁気センサ素子とエンコーダの対向方向に磁気センサ素子よりも突出せず、バックマグネットの周囲を利用したコイル収容になるので、コイルをケース体の内部でコンパクト（特に対向方向に関して）に収容することができる。
【００１９】
前記複数の発電回路の中に、前記磁気センサ素子から円周方向に離れたところに配置された永久磁石の磁界が第２コイルに与えられ、前記エンコーダの回転によって当該第２コイルに誘導起電力が生じるものを含んでいると、電磁誘導を利用した発電回路を円周方向の複数個所に作ることができる。
【００２０】
例えば、２個以上の前記永久磁石及び前記第２コイルを備え、これら永久磁石ごとに前記第２コイルで取り囲み、これら第２コイルごとに前記電源回路と接続されているようにすれば、コイル断線に対する耐故障性に優れる。
【００２１】
一方、前記第２コイルを１個だけ備え、２個以上の前記永久磁石の磁界が前記第２コイルに与えられると、１個の第２コイルを電源回路に接続するだけで済ましながら、発電効果を永久磁石の複数化で大きくすることができる。
【００２２】
上記の構成において電磁誘導を利用した発電を採用する場合、前記磁界を発生する永久磁石が、前記ケース体に収容されており、前記エンコーダが、前記回転に伴う前記永久磁石との間のギャップ変化で前記磁界の変化を作り出すように設けられており、前記複数の発電回路の中に、前記磁界がコイルに与えられ、前記エンコーダの回転によって当該コイルに誘導起電力が生じるものを含んでおり、前記センサ回路が、前記誘導起電力の交流成分から回転速度成分に変換するように設けられていることも好ましい。発電回路の誘導起電力を利用して回転検出を実施するため、磁気センサ素子を省略することができる。
【００２３】
特に、前記自動調心軸受と、前記アダプタスリーブとを備え、前記エンコーダが、前記アダプタスリーブの外径面に形成されており、前記コイルが、コイル内側に配置された前記永久磁石と、前記アダプタスリーブの外径面と、コイル外周及び永久磁石を覆うように前記ケース体に収容されたヨークとにより取り囲まれることが好ましい。コイルを永久磁石、アダプタスリーブ、ヨークにより取り囲むため、永久磁石の磁界漏洩を小さくすることができるので、前記交流成分からの回転速度検出に好適である。
【００２４】
上記の構成において前記ギャップ変化で磁界の変化を作り出すエンコーダを採用する場合、前記自動調心軸受と、前記アダプタスリーブとを備え、前記エンコーダが、前記アダプタスリーブの外径面に形成されており、前記ギャップ変化が、前記アダプタスリーブの切割りと、この切割り幅と同じ円周方向幅かつ等配ピッチで形成された空所と、円周方向に隣接する前記空所間を仕切る外径残部とで設けられていることが好ましい。磁界の変化を作り出す上で、アダプタスリーブの切割りと空所が等価のギャップ変化箇所となるので、切割りがノイズ原因にならない。
【００２５】
また、上記の構成において電磁誘導を利用した発電を採用する場合、前記エンコーダが、円周方向に並ぶ多極をもった磁気環状体からなり、前記複数の発電回路の中に、前記エンコーダの前記磁界がコイルに与えられ、当該エンコーダの回転によって当該コイルに誘導起電力が生じるものを含んでいることも好ましい。円周方向に並ぶ多極をもった磁気環状体そのものの回転で前記磁界の変化を作り出すので、その磁界の変化をコイルに与え、誘導起電力を生じさせることができる。
【００２６】
より好ましくは、前記コイルの内側に前記磁界を誘導するヨークが、前記ケース体に収容されているとよい。エンコーダの回転中、ヨークがエンコーダの磁界をコイルに誘導するので、コイルを貫通する磁束の変化を大きくし、発電効果の向上を図ることができる。
【００２７】
前記磁気環状体を採用する場合、前記自動調心軸受と、前記アダプタスリーブとを備え、前記エンコーダが、前記アダプタスリーブの外径面に嵌着されているゴム磁石からなることがより好ましい。ゴム磁石の締め付けを利用して、別部品のエンコーダをアダプタスリーブに一体化することができる。アダプタスリーブにエンコーダを装着されているので、軸受箱に対するエンコーダの位置を予め提供者側で限定することができる。
【００２８】
上記の構成において圧電効果を利用した発電を採用する場合、前記複数の発電回路の中に、前記回転軸から前記軸受箱に伝わる外力でピエゾフィルムに起電力が生じるものを含んでいるようにすればよい。回転軸の回転による振動や衝撃といった外力は、転がり軸受を介して軸受箱からケース体へ伝わる。したがって、ケース体まで伝わった外力でピエゾフィルムに起電力を生じさせることができる。
【００２９】
また、上記の構成において圧電効果を利用した発電を採用する場合、前記複数の発電回路の中に、前記回転軸から前記軸受箱に伝わる外力で圧電セラミックスに起電力が生じるものを含んでいるようにすれば、ケース体まで伝わった外力で圧電セラミックスに起電力を生じさせることができる。
【００３０】
上記の構成においてゼーベック効果を利用した発電を採用する場合、前記複数の発電回路の中に、前記回転軸の回転に伴う前記軸受箱の内部の温度上昇で熱電変換素子に起電力が生じるものを含んでいるようにすればよい。回転軸を支持する転がり軸受が回転し、軸受内部の温度上昇が生じ、軌道輪−軸受ハウジング間の伝熱、潤滑剤による排熱等により軸受箱の内部の温度が上昇する。したがって、ケース座部やケース体付近には、転がり軸受に近い程に高温になる傾向の温度勾配が発生する。この温度勾配があるため、熱電変換素子に起電力を生じさせることができる。
【００３１】
前記自動調心軸受を自動調心ころ軸受にすれば、自動調心玉軸受より負荷容量に優れる。
【００３２】
また、前記軸受箱の形式は特に限定されないが、例えば、プランマブロック軸受箱を採用することができる。
【発明の効果】
【００３３】
上述のように、この発明は、上記構成を採用したことにより、センサ回路等の電気回路をもったケース体の交換が容易な回転センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施形態に係る回転センサを示す縦断正面図
【図２】（ａ）は図１のケース体幅中央付近での横断側面図、（ｂ）は同（ａ）のアダプタスリーブの切割り付近の部分拡大図
【図３】（ａ）は図１の電源回路のアナログ回路要部の一例を示す回路構成図、（ｂ）は図１の磁気センサ素子と電源回路の接続の一例を示す回路構成図
【図４】第１実施形態に係るケース体の組み立て途中を示す一部切欠き側面図
【図５】第２実施形態に係る回転センサを示す横断側面図
【図６】第３実施形態に係る回転センサを示す横断正面図
【図７】第３実施形態に係る回転センサを示す横断側面図
【図８】第４実施形態に係る回転センサを示す横断側面図
【図９】第５実施形態に係る回転センサを示す縦断正面図
【図１０】第６実施形態に係る回転センサを示す縦断正面図
【図１１】（ａ）は第７実施形態に係る回転センサの要部の横断側面図、（ｂ）は第７実施形態に係る回転センサを示す縦断正面図
【図１２】（ａ）は第８実施形態に係る回転センサの要部の横断側面図、（ｂ）は第８実施形態に係る回転センサを示す縦断正面図
【図１３】（ａ）は第９実施形態に係る回転センサの要部の横断側面図、（ｂ）は第９実施形態に係る回転センサを示す縦断正面図
【図１４】（ａ）は第１０実施形態に係る回転センサの要部の横断側面図、（ｂ）は第１０実施形態に係る回転センサを示す縦断正面図
【発明を実施するための形態】
【００３５】
この発明の第１実施形態に係る回転センサ（以下、単に「この回転センサ」という）を図１〜図４に基づいて説明する。図１、図２に示すように、この回転センサは、磁界の変化を検出するセンサ回路１が設けられたケース体２を備え、回転軸３の一部として回転するエンコーダ４によって当該回転が前記磁界の変化に変換され、かつケース体２が回転軸３に対して静止するように配置されるものであって、さらに軸受箱５と、軸受６と、アダプタスリーブ７とを備えているものである。
【００３６】
軸受箱５は、軸受ハウジング８に着脱される密封用のカバー９をもったものである。軸受ハウジング８は、使用者によって他装置の回転軸３に対して静止する機枠等の静止体（図示省略）側の支持面に取り付けられる。軸受箱５は、プランマブロック軸受箱からなる。この発明において、「プランマブロック軸受箱」とは、回転軸に平行な支持面に取り付けるためのボルト穴付きの取付座をもつ軸受ハウジングを採用したものをいう。
【００３７】
軸受箱５として、例えば、ＪＩＳ規格のＢ１５５１：２００９「転がり軸受−プランマブロック軸受箱」に従うものを用いることができる。軸受ハウジング８は、二つ割り形のものとされ、その半体同士を結合する組み立て体になっている。軸受ハウジング８は、鉄系鋳物で形成されている。カバー９は、組み立てられた軸受ハウジング８に対して軸方向片側から着脱可能になっている。カバー９を着脱可能にするための固定構造として、ねじ止めが採用されている。なお、この発明において、「軸方向」とは、軸受ハウジングの中心軸に沿った方向のことをいう。
【００３８】
軸受箱５の内部は、カバー９と軸受ハウジング８との間、及び軸受箱５と回転軸３との間でそれぞれ密封される。軸受ハウジング８の内周及びカバー９の口部内周に形成されたシール溝には、回転軸３との間を密封するためのシール１０が装着されている。軸受６が両シール軸受になっているので、シール１０としてダストシールが採用されている。軸受ハウジング８の口部及びカバー９の口部にオイルシールを設けてもよい。カバー９をシール１０と一体に構成してもよい。なお、カバー９と軸受ハウジング８との間は、カバー９のシール溝に嵌めたＯリング１１によって密封されている。
【００３９】
軸受６は、軸受ハウジング８に嵌合される外輪１２と、テーパ穴の内輪１３とをもった自動調心ころ軸受になっている。
【００４０】
アダプタスリーブ７は、回転軸３の外径面に嵌合される円筒状内径面と、内輪１３が嵌合される円すい状外径面とをもち、かつ小端部におねじをもつ、軸方向の切割り１４の入ったスリーブからなる。アダプタスリーブ７と、ロックナット１５と、座金１６とを用いることにより、軸受６を、回転軸３の円筒状外径面に取り付けることができる。アダプタスリーブ７として、例えば、ＪＩＳ規格のＢ１５５２：２００５「転がり軸受−アダプタ，アダプタスリーブ及び取外しスリーブ」に従うものを用いることができる。また、ロックナット１５、座金１６として、例えば、ＪＩＳ規格のＢ１５５４：２００５「転がり軸受−ロックナット，座金及び止め金」に従うものを用いることができる。
【００４１】
軸受箱５は、軸受６の軸受ハウジング８に対する組み込み位置を軸方向に制限する軸受用肩部１７を有している。軸受用肩部１７は、軸受ハウジング８に形成されている。軸受用肩部１７の軸方向位置を所定範囲に制限できる限り、軸受ハウジング８と別体に設けられた位置決め輪で軸受用肩部を構成することもできる。軸方向に間隔を空けて形成された両側の軸受用肩部１７間の内周部分は、外輪１２に嵌合する軸受座部１８になっている。軸受ハウジング８の中心軸は、軸受座部１８の中心軸に相当する。
【００４２】
軸受６をアダプタスリーブ７を介して回転軸３に取り付けた状態とし、その外輪１２を二つ割りされた軸受座部１８によって径方向に挟む位置で軸受ハウジング８の半体同士を結合する。このように軸受ハウジング８を組み立てると、外輪１２が軸受座部１８に嵌合される。なお、この発明において「径方向」とは、その中心軸に直角な方向のことをいう。
【００４３】
ケース体２は、環状の樹脂ケースからなる。ケース体２の内部には、センサ回路１を含む電気回路が収容されている。具体的には、センサ回路１の他に、回転軸３の回転を電力に変換する発電回路１９、２０と、入力された前記電力から所定の出力電力を生成する電源回路２１と、外部機器（図示省略）との通信処理を実行する送受信装置２２とが収容されている。
【００４４】
センサ回路１は、磁界を発生するバックマグネット２３と一体化された磁気センサ素子２４からなる。図示例のセンサ回路１は、磁気センサ素子２４の封止部の正面近傍に位置する。センサ回路１は、背後に位置するバックマグネット２３から与えられたバイアス磁界の変化をホール効果を利用してアナログ信号に変換する。
【００４５】
磁気センサ素子２４は、センサ回路１の他に、アナログ信号をデジタル信号の出力信号に変換する回路が内蔵されたホールＩＣになっている。バックマグネット２３は、磁気センサ素子２４の封止部背面に固着され、Ｎ極とＳ極とが磁気センサ素子２４の正背方向に並ぶ永久磁石からなる。
【００４６】
磁気センサ素子２４は、回路基板２５に実装されている。バックマグネット２３と一体化された磁気センサ素子２４なので、バックマグネット２３を別途配置する手間がない。
【００４７】
エンコーダ４は、磁気センサ素子２４の封止部の正面とギャップをもって対向する。この対向方向は、径方向に設定されている。エンコーダ４は、アダプタスリーブ７に形成されている。軸受６を回転軸３に取り付ける際、内輪１３に対するアダプタスリーブ７の位置の調整範囲は、ロックナット１５の締め込みによる軸受内部すきまの調整範囲内に限定されるので、僅かに過ぎない。外輪１２と軸受座部１８間の嵌め合いの誤差や隙間は、センサ回路１とエンコーダ４間に設定するギャップよりも十分に小さいので、ケース体２及びエンコーダ４の位置関係を決定する上で無視することができる。さらに、両側の軸受用肩部１７の軸方向間隔は、外輪１２の軌道輪幅に対して余裕をもっているが、その余裕は、回転軸３に取り付けられたアダプタスリーブ７のエンコーダ４が回転検出の可能な軸方向領域から外れることのない大きさに設定されている。このように、軸受箱５に対するエンコーダ４の軸方向及び径方向の位置は、予め提供者側で回転検出にとって十分な範囲内となるように制限されている。
【００４８】
回転軸３に取り付けられたアダプタスリーブ７は、回転軸３の一部として回転する。回転軸３と一体に回転するエンコーダ４は、当該回転に伴うバックマグネット２３との間のギャップ変化で前記磁界の変化を作り出す。
【００４９】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、前記ギャップ変化は、切割り１４と、この切割り幅Ｗ１と同じ円周方向幅かつ等配ピッチで形成された空所２６と、円周方向に隣接する空所２６間を仕切る外径残部２７とで設けられている。なお、この発明において、「円周方向」とは、前記軸受座の中心軸回りの円周方向のことをいう。
【００５０】
空所２６は、図示のようにアダプタスリーブ７の外径面からの凹所としてもよいし、アダプタスリーブ７を内外に貫通する孔としてもよい。外径残部２７がアダプタスリーブ７の円すい状外径面と同一面を成すようにしているので、空所２６を削り出し、又は穿設するだけでエンコーダ４をアダプタスリーブ７の外径面に形成することができる。
【００５１】
外径残部２７の円周方向幅は、等配ピッチに相当する。切割り１４と空所２６とは、同じ円周方向幅Ｗ１にするため、任意の円周上で円周方向に対向する任意の箇所で同形状の内壁面をもつように形成することができる。加えて、切割り１４と空所２６とが円周方向に並ぶ間隔である等配ピッチもＷ１に等しいため、前記磁界の変化を作り出す上で、切割り１４と空所２６とが等価のギャップ変化箇所になる。すなわち、切割り１４でも当該回転を磁界の変化を空所２６と同じく変換することができる。したがって、切割り１４は、回転検出におけるノイズ原因にならず、ひいては、切割り幅Ｗ１に対応する回転角度分解能のエンコーダ４になる。
【００５２】
なお、エンコーダ４は、使用者によってアダプタスリーブ７に装着される環状部品として構成することもできる。また、エンコーダ４は、使用者によって他装置の回転軸３に形成されるものでもよい。また、エンコーダ４が形成された回転軸３を備えている回転センサとして使用者側に提供し、使用者が回転軸３を他装置の回転軸（図示省略）に連結するようにしてもよい。いずれにせよ、使用者が、他装置に回転センサを組み込む際、エンコーダ４とセンサ回路１とを所定の配置にするべく、軸受箱５に対する回転軸３の位置調整が必要になるので、この回転センサのようにアダプタスリーブ７とエンコーダ４を予め一体に取り扱える状態で使用者側に提供することが好ましい。
【００５３】
エンコーダ４の回転中、切割り１４又は空所２６と、外径残部２７とは、交互にセンサ回路１と最短距離を成していくので、バックマグネット２３の磁界が周期的に変化させられ、回転軸３（エンコーダ４）の回転は、センサ回路１によってパルス列信号に変換される。このパルス数を計数することで回転角が計測でき、単位時間当たりのパルス数を計数すれば、回転速度を計測することができる。したがって、前記磁界の変化を検出するセンサ回路１の検出信号は、回転軸３の回転角度、回転速度のうち、少なくとも１種を求めるために利用することができる。この発明において、「回転センサ」とは、回転角度、回転速度のうち、少なくとも１種を計測するためのものをいう。なお、９０°位相が異なるようにもう一つのセンサ回路を配置すれば、２つのセンサ回路から得られたＡ相信号、Ｂ相信号を利用して回転方向を判別することが可能である。
【００５４】
図２（ａ）に示すように、発電回路１９、２０は、円周方向の４個所に分散配置されている。磁気センサ素子２４と同じ空間に収容する発電回路１９は、バックマグネット２３の磁界がコイル２８に与えられ、エンコーダ４の回転によってコイル２８に誘導起電力が生じるものとなっている。磁気センサ素子２４のバックマグネット２３を発電に活用することができ、別途、コイル２８での発電用に永久磁石を配置する手間がない。
【００５５】
多重に巻かれたコイル２８は、図１、図２（ａ）に示すように、バックマグネット２３の周囲近傍に設けられている。バックマグネット２３、磁気センサ素子２４は、ケース体２に形成された支持壁部２９によって前記対向方向に向くように支持されている。コイル２８は、コイル軸の向きが前記対向方向に向くように支持壁部２９の反バックマグネット２３の壁面によって支持されている。コイル２８は、磁気センサ素子２４と前記エンコーダの対向方向に沿ったコイル軸方向をもつようにバックマグネット２３を取り囲み、かつ磁気センサ素子２４よりもエンコーダ４から前記対向方向に遠くなるように配置されている。コイル２８が前記対向方向に磁気センサ素子２４よりも突出せず、バックマグネット２３の周囲を利用したコイル収容になるので、コイル２８をケース体２の内部でコンパクト（特に対向方向に関して）に収容することができる。
【００５６】
磁気センサ素子２４の端子部は、バックマグネット２３よりも正背方向に突き出ている。回路基板２５から浮いたバックマグネット２３背後の空間を利用して電源回路２１の一部が実装されている。コイル２８の両端部は、電源回路２１の入力端に接続されている。図示のようにバックマグネット２３が回路基板２５から浮く場合、コイル２８は、バックマグネット２３の周囲だけでなく、バックマグネット２３と回路基板２５との間の空間をも利用して収容することが可能である。エンコーダ４が回転軸３と一体回転すれば、前記のように磁気センサ素子２４の付近で磁界の変化が発生するため、コイル２８の内部を貫く磁束の変化が生じる。その結果、コイル２８の両端には、ファラデーの電磁誘導の法則に基いた誘導起電力が生じ、この発電電力が電源回路２１に入力される。すなわち、発電回路１９は、コイル２８の巻き線部分からなる。なお、回転検出用の磁界と発電用の磁界を共通化する目的だけなら、磁気センサ素子とバックマグネットとを別々に配置することもできる。
【００５７】
他の発電回路２０のそれぞれは、磁気センサ素子２４から円周方向に離れたところに配置された永久磁石３０の磁界が第２コイル３１に与えられ、エンコーダ４の回転によって当該第２コイル３１に誘導起電力が生じるものとなっている。
【００５８】
具体的には、３個の永久磁石３０及び第２コイル３１を備え、これら永久磁石３０ごとに第２コイル３１で取り囲んでいる。第２コイル３１のコイル軸の向きも、第２コイル３１の内周を支持する支持壁部２９によって前記対向方向に固定されている。永久磁石３０は、支持壁部２９の内側に嵌めて位置決めされている。エンコーダ４が作り出す永久磁石３０の磁界の変化で第２コイル３１の内部を貫く磁束の変化が生じ、第２コイル３１の両端に誘導起電力が生じる。すなわち、発電回路２０も、第２コイル３１の巻き線部分からなる。第２コイル３１の両端部は、発電回路２０ごとに設けられた電源回路２１の入力端に接続されている。他の発電回路２０用の電源回路２１は、対応する永久磁石３０及び第２コイル３１と同じ空間に収容する回路基板２５に実装されている。
【００５９】
電源回路２１は、制御器３２を備えたデジタル電源になっている。図３（ａ）、（ｂ）に電源回路２１のアナログ回路の主要部を示す。図示のように、電源回路２１の入力端には、対応するコイル２８の両端部又は第２コイル３１の両端部が接続され、ここから前記の誘導起電力（交流）が入力される。電源回路２１は、その入力を整流回路で直流に変換し、さらに平滑回路、安定化回路を経て、所定の直流電源（＋Ｖ）を生成するようになっている。なお、電源回路２１は、図示例の回路構成に限定されず、例えば、三端子レギュレータを用いた安定化回路を採用することもでき、磁気センサ素子２４の出力回路は、オープンコレクタ出力を例示したが、他の回路構成でもよい。
【００６０】
各電源回路２１で生成された直流電源は、前記電源回路２１内の充電部（図示省略）に蓄電される。充電部は、コンデンサ、特に、蓄電効率の高い電気二重層コンデンサ（キャパシタ）を用いることが好ましい。コンデンサに代えて二次電池を採用することもできる。
【００６１】
発電回路１９で発電された電力は、磁気センサ素子２４の駆動電力や、信号として利用することができる。発電回路２０用の電源回路２１から放電された電力は、電線３３を介して発電回路１９用の回路基板２５の電源入力端に入力される。発電回路２０で発電された電力は、送受信装置２２、制御器３２の駆動に使用することができる。
【００６２】
この回転センサは、複数の発電回路１９、２０の発電電力により、磁気センサ素子２４、電源回路２１及び送受信装置２２を駆動することができるので、外部電源の供給が不要である。発電回路１９、２０の数は、消費電力、蓄電性能に応じて適宜に決定すればよく、磁気センサ素子２４の検出に影響しない限り、発電回路１９の数を複数にしたり、他の発電回路２０の数を４個以上にしたりすることもできる。
【００６３】
第２コイル３１ごとに電源回路２１と接続されているので、ある第２コイル３１が断線しても他の第２コイル３１による発電電力を回転センサの運転に使用することができる。このため、耐故障性に優れる。
【００６４】
発電回路２０用の電源回路２１のいずれかが電力伝送経路から断絶したとしても、残りの電源回路２１から、回転検出及び通信用の電気回路が実装された回路基板２５へ電力伝送が行われるようにすることが好ましい。このため、発電回路２０用の回路基板２５の電源出力端は、磁気センサ素子２４及び送受信装置２２が実装された回路基板２５の電源入力端と並列に接続するとよい。
【００６５】
各電源回路２１内の充電部に蓄電された電源は、制御器３２の制御下で放電される。この制御器３２は、回路基板２５に実装された単一の電子部品からなる。制御器３２は、デジタル信号の入出力を外部機器との間で送受信するマイクロコントローラを含んでいる。このマイクロコントローラは、外部機器であるホストコントローラ（図示省略）から送信されたデジタル信号の制御命令を実行する。
【００６６】
制御器３２として、外部デジタル信号制御方式、セミデジタル方式、又はフルデジタル方式のものを採用することができる。外部デジタル信号制御方式は、フィードバック（出力誤差検出、演算及びＰＷＭ発生）をアナログ回路が行い、出力電圧設定、シーケンス、状態モニタリング、相互通信をマイクロコントローラが実行するものなので、出力電圧制御、電源ＯＮ／ＯＦＦ制御、故障監視といった回転センサの高機能化に対応することができる。フルデジタル方式は、マイクロコントローラがさらに前記フィードバックの全部をも演算、制御するものなので、コンパクト化に有利である。セミデジタル方式は、前記フィードバックの出力誤差検出をアナログ回路が行い、マイクロコントローラが演算及びＰＷＭ発生を実行するものである。いずれにせよ、制御器３２とホストコントローラとの通信には、送受信装置２２が利用される。
【００６７】
送受信装置２２は、無線通信装置になっている。送受信装置２２は、アンテナを含んだ単一の電子部品からなる。送受信装置２２として、ＺｉｇＢｅｅ機器、Ｗｉ−Ｆｉ機器、その他の通信規格に従う無線又は有線ＬＡＮ機器、インターネット接続機器を採用することができる。ＺｉｇＢｅｅ機器は、Ｚｉｇｂｅｅ  Ａｌｌｉａｎｃｅの仕様に従った通信機器である。Ｗｉ−Ｆｉ機器は、Ｗｉ−Ｆｉ  ＡｌｌｉａｎｃｅによってＩＥＥＥ ８０２．１１ａ／ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂを利用した無線機器間の相互接続性が認証された通信機器である。アンテナを軸受箱５の外部に設けることもできる。送受信装置２２は、有線通信装置にすることもできる。
【００６８】
この回転センサは、磁気センサ素子２４で検出された回転軸３の回転情報、制御器３２関連の通信を含む外部との全通信を無線通信のみで行う。送受信装置２２が送信した信号を受信する外部機器は、この回転センサを組み込む他装置（機器、機械、車両など）の制御部内、この制御部と軸受箱５との間の中継局として配置され、送受信装置２２から受信した信号を回転軸３等の制御、回転センサや他装置の状態監視に使用することができる。
【００６９】
この回転センサは、外部電源が不要で、無線通信のみを行うため、外部との有線接続をもたない。すなわち、軸受箱５の内部に配置する全ての電気回路がケース体２の内部に収容されるので、他装置に回転センサを組み込むことが容易である。
【００７０】
カバー９は、樹脂製とされている。カバー９が電波透過性をもつので、小電力の無線通信を採用しても、金属製の軸受ハウジング８を採用することができる。アンテナの外部設置や有線通信を採用する場合、カバー９を金属で形成することもできる。
【００７１】
この回転センサは、例えば、鉱山などに敷設されるコンベアプーリの軸受ユニットとして利用するのに好適である。各軸受ユニット（回転センサ）から中継局へ無線で信号を送信し、その後、中継局から更に管理室まで無線などで信号を送信し、管理室にて各軸受ユニットの軸受の回転状況を確認することができる。各軸受の回転状況とは、例えば、回転速度や回転の有無である。また、各軸受ユニットからの送信は、管理室からの送信命令に基いて行うようにすることができる。これにより、簡潔的な送信となるので、各軸受ユニット内における電力の蓄積時間に十分な余裕が生じる。更に、軸受ユニットごとや軸受ごとにＩＤ番号を設定すれば、各軸受ユニット等の情報を区別することができる。また、回転の有無の検出を目的とする場合、軸受の故障により回転していなければ、自己発電が生じないため、ＩＤ番号を送信することができなくなる。これにより、軸受の回転の有無を判別することができる。
【００７２】
上述のように様々な回路を内部に収容するケース体２は、軸方向に二分割された凹部３４、支持壁部２９及び電線通路３５をもち、２個の環状の射出成形部品が接合された組み立て部品となっている。このため、ケース体２は、軸受ハウジング８及びカバー９と別体に設けられている。２個の射出成形部品の接合手段として、ねじ止め、接着、スナップフィット、超音波融着等の適宜の手段を採用することができる。接合で組み立て部品となったケース体２は、図４に示すように、円周方向４等配箇所で合わさった凹部３４がケース外周にのみ開放し、支持壁部２９が凹部３４内で突出し、電線通路３５が各凹部３４間に亘って円弧状に連通すると共に円周方向中間部でケース外周にのみ開放しているものとなる。
【００７３】
１箇所の凹部３４には、磁気センサ素子２４を支持壁部２９の内側に挿入し、コイル２８を支持壁部２９と凹部３４との間に挿入し、電源回路２１等の電気部品が実装された回路基板２５を凹部３４の段部に掛けるように挿入する。その後、磁気センサ素子２４の端子、コイル２８の両端部を回路基板２５に接続する。コイル２８を回路基板２５に付けた状態で凹部３４に挿入するようにしてもよい。同様に、残り３箇所の凹部３４には、永久磁石３０、第２コイル３１、回路基板２５を挿入し、接続を行う。
【００７４】
電線３３は、電力伝送線、通信伝送線を含んだケーブルになっている。周方向に隣接する両凹部３４に回路基板２５を挿入した状態で、電線通路３５のケース外周開放口内に、電線３３をＵ字状に曲げ、八の字状に広げた両端部から挿入し、Ｕ字曲がり部分をケース体２の直径方向に押すと、各端部が円弧状の電線通路３５内を円滑に進み、凹部３４内の回路基板２５上に突き出る。これら各端部を回路基板２５に接続すると、隣接する回路基板２５間が電線３３で接続される。凹部３４は他の部品収容に利用してもよい。
【００７５】
ケース体２を形成する材料は、絶縁性、所要の耐久性に応じて適宜に選択すればよい。例えば、ガラス繊維によって強化され、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を主体とし、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）を混合させたポリマー材を採用することができる。
【００７６】
永久磁石３０は、強力な磁界を得られる点で、希土類系のものが好ましい。
【００７７】
前記回路基板２５への各接続は、半田付けになっている。半田付けは、環境に配慮し、鉛フリー半田を用いることが好ましい。
【００７８】
各凹部３４、電線通路３５のケース外周開放口は、所定の部品を全て組み込み後に封止材の充填や蓋の装着で閉塞する。この閉塞により、回路基板２５等の最終的な固定を行うことができる。封止材として、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。ケース体２のケース外周両端部を軸受箱５の内周全周に亘って密に嵌合することで異物侵入を防止する場合、回路基板２５等の位置固定や外部との絶縁に支障がない限り、ケース外周開放口の閉塞を省略することもできる。
【００７９】
上述のように、所定の電気部品が内部に収容されたケース体２の内外周は、図１、図２（ａ）に示すように、回転軸３をアダプタスリーブ７、軸受６を介して軸受ハウジング８に対して支持するように組み立てた状態で、軸受ハウジング８と、アダプタスリーブ７との間の環状空間に軸方向から挿入可能な大きさになっている。
【００８０】
軸受箱５の内部に位置する軸受ハウジング８の内周端部には、ケース体２を嵌めるためのケース座部３６が形成されている。ケース座部３６は、円筒面状に形成されている。ケース座部３６とケース体２の外周との嵌め合い部分における摩擦により、ケース体２が径方向及び軸方向に位置決めされている。このように、ケース体２は、ケース座部３６に嵌めることによって、前記軸受箱の内部に着脱自在に取り付けられている。
【００８１】
ケース体２とエンコーダ４とは、軸受箱５及び軸受６に対して提供者側で決めた所定の配置にする限り、アダプタスリーブ７の内径面から径方向外方に位置する。このため、使用者は、軸受箱５の内部に配置する回転軸３部分の外径をアダプタスリーブ７の内径面以下に選択する限り、ケース体２やエンコーダ４と回転軸３との干渉を避けることができる。
【００８２】
軸受箱５は、ケース座部３６に対するケース体２の挿入位置を軸方向に制限するためのケース用肩部３７を有している。ケース用肩部３７は、ケース座部３６から径方向内方に突出するように軸受ハウジング８の内周に形成されている。使用者は、ケース座部３６に嵌めるケース体２をケース用肩部３７に突き当たるまで挿入し、カバー９を軸受ハウジング８に装着すれば、ケース体２と、回転軸３と一体化されたエンコーダ４とを、軸受箱５の内部において回転検出及び発電が可能な所定の範囲内に配置することができる。
【００８３】
ケース座部３６の幅は、ケース体２が軸受ハウジング８の幅内に収まるまで挿入される限り、エンコーダ４とケース体２とを当該所定の範囲内に配置することできるように設定されている。仮に挿入不十分なケース体２が軸受ハウジング８の幅外に食み出ていたとしても、カバー９を軸受ハウジング８に装着すると、ケース体２がカバー９によって軸受ハウジング８の幅内に収まるように軸方向に押し込まれる。
【００８４】
軸受６の許容調心角内で使用される限り、ケース体２とエンコーダ４間の前記対向方向のギャップ変動は、回転検出及び発電が可能な磁界の変化が得られる範囲に留まるように設定されている。したがって、使用者は、この回転センサを他装置に組み込む際、軸受箱５の静止体への取り付け精度、回転軸３の回転精度を、軸受６の許容調心角以下となるように選択する限り、回転センサを他装置に適切に組み込むことができる。
【００８５】
仮にケース体２内の電気回路に故障が発生したとしても、使用者は、カバー９を取り外し、ケース体２を嵌めるときと逆方向に動かせば、軸受６を軸受ハウジング８に残したまま、ケース体２をケース座部３６から軸方向に抜き取り、軸受箱５から分離することができる。ケース体２をケース座部３６に抜き差しする際、硬質樹脂のケース体２の内部に電気回路が収容されているので、作業者が掴む際に電気回路を保護することができ、取り扱いが容易である。したがって、この回転センサは、ケース体２の交換を容易に実施することができ、その作業効率が高い。
【００８６】
また、この回転センサは、ケース体２を軸受ハウジング８から分離した後、軸受ハウジング８を分解すれば、軸受６を取り外し、軸受６を交換することもできる。
【００８７】
また、この回転センサは、回転検出用の磁石（バックマグネット２３）、エンコーダ４を発電に利用するため、発電部をコンパクトにすることができる。
【００８８】
また、この回転センサは、外部電源の供給が不要なため、他装置が省電力になる。
【００８９】
また、この回転センサは、外部との有線接続がないため、他装置への組み込みが容易になる。
【００９０】
また、この回転センサは、発電回路２０を設けているので、発電回路１９のみで発電する場合よりも、発電電力量を増加させることができる。
【００９１】
この発明の第２実施形態に係る回転センサを図５に基づいて説明する。なお、以下、第１実施形態との相違点を述べる。第２実施形態は、第２コイル４０を１個だけ備え、２個以上の永久磁石４１の磁界が第２コイル４０に与えられる点で相違している。
【００９２】
第２コイル４０は、円周方向に沿ったコイル軸をもっている。ケース体４２に組み立てる射出成形部品には、磁気センサ素子２４等を収容する凹部３４の円周方向両側間を巡るように溝部４３と、ケース外周面のみに開放するように永久磁石４１挿入用の穴部４４とが形成されている。溝部４３は穴部４４より軸方向外側を通るように形成されている。
【００９３】
一対の射出成形部品を接合する前に、磁気センサ素子２４、コイル２８等を半田付けした回路基板２５を凹部３４に挿入し、第２コイル４０、ターミナル４５を溝部４３内に装着する。その後、第２コイル４０の両端部とターミナル４５、電線４６とターミナル４５及び電源回路２１の入力端とを半田付けする。その後、一対の射出成形部品を接合してケース体４２とする。その後、永久磁石４１を穴部４４の開放口から挿入する。穴部４４は凹部３４と同様に封止する。
【００９４】
組み立てられたケース体４２の内部では、円周方向にコイル軸をもった第２コイル４０が、円周方向の複数個所に配置された全ての永久磁石４１の傍を通るように巻回しているので、各永久磁石４１の磁界が第２コイル４０に与えられる。エンコーダ４の回転に伴い、複数の永久磁石４１の磁界の変化が第２コイル４０の各永久磁石４１付近で第２コイル４０を貫通する磁束の変化となり、第２コイル４０の両端に誘導起電力が生じる。第２コイル４０、コイル２８の誘導起電力は、１箇所の電源回路２１で制御される。
【００９５】
永久磁石４１の数を多くする程、発電効果を大きくすることができる。いくら永久磁石４１の数を増やしても、１個の第２コイル４０を１箇所の電源回路２１に接続するだけで済む。
【００９６】
この発明の第３実施形態に係る回転センサを図６、図７に基づいて説明する。第３実施形態は、磁気センサ素子が省略され、コイル２８の内側に永久磁石３０が配置され、電源回路５０とセンサ回路とが統合されている点で相違している。すなわち、第３実施形態は、ＡＣタコジェネレータを採用したものとなっている。
【００９７】
例えば、センサ回路５１は、電源回路５０の制御器からなり、コイル２８の誘導起電力を交流の段階で検出し、検出した誘導起電力の交流成分から、マイクロコントローラの情報処理又はアナログ回路による演算を経て回転速度成分に変換するように設けられる。発電の交流成分から回転検出を実施するため、磁気センサ素子が省略されている。
【００９８】
この発明の第４実施形態に係る回転センサを図８に基づいて説明する。第４実施形態は、第３実施形態を変更したものであり、第２実施形態の第２コイル４０、永久磁石４１を備えている点でさらに相違している。センサ回路５１は、コイル２８の又は第２コイル４０の交流成分のうち、比較的に安定する方を検出するように設ければよい。
【００９９】
この発明の第５実施形態に係る回転センサを図９に基づいて説明する。第５実施形態は、第３実施形態を変更したものであり、一体形の軸受ハウジング６０を備え、カバー６１の一端部が片側の軸受用肩部６２となり、反対のカバー６３の他端部がもう片側の軸受用肩部６２となり、カバー６１の内周端部にケース座部６４が形成され、このケース座部６４から径方向内方に突き出るケース用肩部６５が形成されている点でさらに相違している。
【０１００】
使用者は、カバー６１を取り外せば、軸受６とは無関係に、軸受ハウジング６０からケース体４２を分離することができ、また、ケース座部６４からケース体２を分離することができる。なお、第２実施形態、第４実施形態においても、第５実施形態のようにカバー側へケース体を装着することが可能である。
【０１０１】
この発明の第６実施形態に係る回転センサを図１０に基いて説明する。第６実施形態は、第３実施形態を変更したものであり、コイル２８が、コイル２８の内側に配置された永久磁石３０と、アダプタスリーブ７の外径面と、コイル２８の外周及び永久磁石３０を覆うようにケース体７０に収容されたヨーク７１とにより取り囲まれる点でさらに相違している。
【０１０２】
ヨーク７１は、磁性材で形成される。ヨーク７１は、コイル２８の外周を取り囲む筒ヨーク材７２と、筒ヨーク材７２のケース外周側の筒口を塞ぐ蓋ヨーク材７３とが合わさった構造になっている。同等のヨーク７１は、プレス加工による一体成形部品にすることもできる。
【０１０３】
上述のように軸受箱５に対するアダプタスリーブ７、ケース体７０の位置を予め提供者側で制限することができるので、ヨーク７１とアダプタスリーブ７間のギャップ設定も予め提供者側で制限することができる。図中に一点鎖矢線で永久磁石３０の磁束を概念的に描いた。永久磁石３０の磁束がケース体７０とアダプタスリーブ７の外径面との間からコイル２８の外側へ漏洩することは、筒ヨーク材７２でアダプタスリーブ７の外径面との間の磁気ギャップを狭めることにより防止される。アダプタスリーブ７から筒ヨーク材７２内に導かれた磁束は、蓋ヨーク材７３からコイル２８の内側の永久磁石３０まで直接に導れる。したがって、永久磁石３０の磁界漏洩を小さくし、コイル２８の内側を貫通する磁束を増す。このため、交流成分が顕著になり、回転速度の検出精度を得易い。
【０１０４】
この発明の第７実施形態に係る回転センサを図１１に基いて説明する。第７実施形態は、第５実施形態を変更したものであり、エンコーダ８０が、円周方向に並ぶ多極をもった磁気環状体からなり、ＡＣタコジェネレータに代えて、バックマグネットをもたない磁気センサ素子８１を備え、コイル８２の外側に磁気センサ素子８１が配置され、コイル８２の内側にエンコーダ８０の磁界を誘導するヨーク８３がケース体８４に収容されている点でさらに相違している。
【０１０５】
エンコーダ８０は、円筒状の内外径面をもち、バインダーをエラストマー材とした磁性ゴムを形成し、その磁性ゴムを、予めアダプタスリーブ８５の外径面端部に形成された嵌め合い面８６の外径面寸法より僅かに小さい外径面寸法の治具に装着し、この装着状態で、円周方向にＮ極、Ｓ極を交互に多極着磁することで形成されたゴム磁石になっている。このように形成されたエンコーダ８０を嵌め合い面８６に嵌めると、エンコーダ８０の締め付けにより、エンコーダ８０をアダプタスリーブ８５に一体化することができる。
【０１０６】
アダプタスリーブ８５の外径面には、嵌め合い面８６から径方向外方に突き出た肩部８７が形成されているので、肩部８７に突き当たるまでエンコーダ８０を嵌めるだけで、エンコーダ８０を軸受箱５に対する提供者側所定の範囲内に装着することができる。
【０１０７】
アダプタスリーブ８５及びエンコーダ８０が回転軸３と一体に回転すると、エンコーダ８０のＮ極とＳ極とが交互に磁気センサ素子８１、コイル８２、図示省略の第２コイルと最短距離を成していくため、エンコーダ８０の磁界全体の回転により、磁気センサ素子８１等に磁界の変化を与えることができる。
【０１０８】
コイル８２は、ヨーク８３の回りに巻回されている。エンコーダ８０の外周面から離れた空中磁束は、ヨーク８３によってコイル８２の内側に誘導されるので、コイル８２の内側を貫通する磁束の変化を大きくし、発電効果の向上を図ることができる。
【０１０９】
この発明の第８実施形態に係る回転センサを図１２に基いて説明する。第８実施形態は、第７実施形態を変更したものであり、磁気センサ素子８１と同じ凹部３４内に収容するコイルに代えて、ピエゾフィルム９０からなる発電回路が採用されている点でさらに相違している。
【０１１０】
ピエゾフィルム９０は、可撓性板の板面に貼り付けられている。ピエゾフィルム９０の一端部のみがケース体９１に固定され、ピエゾフィルム９０の自由端側に錘９２が装着されている。回転軸３の回転による振動や衝撃といった外力は、軸受６を介して軸受箱５からケース体９１へ伝わる。ケース体９１に伝わった外力は、可撓性板ごとピエゾフィルム９０を揺らし、撓ませる。この撓みに伴って加圧されたピエゾフィルム９０に起電力が生じる。錘９２は、その撓みを大きくし、ピエゾフィルム９０の加圧を効果的に行うために設けられている。
【０１１１】
この発明の第９実施形態に係る回転センサを図１３に基いて説明する。第９実施形態は、第７実施形態を変更したものであり、磁気センサ素子８１と同じ凹部３４内に収容するコイルに代えて、圧電セラミックス１００からなる発電回路を採用している点でさらに相違している。
【０１１２】
圧電セラミックス１００は、ケース体１０１に固定されている。ばね１０２によってケース体１０１に対し吊り下げられた錘１０３が、圧電セラミックス１００の一側面に接触させられている。回転軸３から軸受箱５に伝わる外力は、ケース体１０１へ伝わる。ケース体１０１に伝わった外力は、錘１０３を揺らす。このため、圧電セラミックス１００が錘１０３に加圧され、圧電セラミックス１００に起電力が生じる。揺らされた錘１０３は、両側のばね１０２の反発により、圧電セラミックス１００上で振動させられる。
【０１１３】
第９実施形態や第１０実施形態においては、回転軸３の振動が不安定な場合、安定した発電を得るため、少なくとも１つは、電磁誘導（コイルや第２コイル）を利用した発電回路にすることが好ましい。軸受６の軸受内部すきま調整によって軸受６の剛性を高めれば、振動の伝達ロスを低減することができる。
【０１１４】
この発明の第１０実施形態に係る回転センサを図１４に基いて説明する。第１０実施形態は、第７実施形態を変更したものであり、磁気センサ素子８１と同じ凹部内に収容するコイルが省略され、熱電変換素子１１０からなる発電回路がカバー１１１に装着されている点でさらに相違している。
【０１１５】
ケース座部１１２は、ケース体１１３の外周両端部を全周に亘って受けるように形成されている。カバー１１１の内周のうち、ケース体１１３内の回路基板２５と径方向に対向するところに、ケース座部１１２から径方向外方に凹んだ素子用凹部１１４が形成されている。熱電変換素子１１０は、素子用凹部１１４内に装着されている。熱電変換素子１１０の加熱面１１５は、軸方向内側に向けられ、熱電変換素子１１０の冷却面１１６は軸方向外側に向けられている。
【０１１６】
回転軸３を支持する軸受６が回転し、軸受内部の温度上昇が生じ、外輪１２と軸受ハウジング６０間の伝熱、潤滑剤による排熱等により軸受箱５の内部の温度が上昇する。ケース座部１１２やケース体１１３付近には、軸受６に近い程に高温になる傾向の温度勾配が発生する。したがって、軸方向内側の加熱面１１５は、同外側の冷却面１１６より高温になり、熱電変換素子１１０に熱起電力が生じる。
【０１１７】
熱電変換素子１１０の加熱面１１５、冷却面１１６を軸方向両側に配置すれば、加熱面１１５、冷却面１１６間をカバー１１１の内周側で結ぶことができるので、ケース体１１３との電気的接続が容易である。
【０１１８】
熱電変換素子１１０と電源回路２１の入力端（図示省略）との接続構造は適宜に決めることができる。例えば、素子用凹部１１４内に装着後、組み立てられたケース体１１３をケース座部１１２に嵌めると、ケース外周面に露出している電源回路２１の入力端と熱電変換素子１１０とが接触するような構造が挙げられる。
【０１１９】
熱電変換素子１１０は、円周方向全周に亘って設けてもよいし、円周方向の複数個所に設けてもよい。
【０１２０】
熱電変換素子１１０をケース体１１３の内部に収容してもよい。図示例では、熱電変換素子１１０を収容すると、カバー１１１の内周端部の内径が外輪１２の内径より大きくなり、ケース体１１３の配置ができなくなるので、ケース体１１３の外に熱電変換素子１１０を配置している。
【０１２１】
この発明は、コンベア用プランマブロック以外の産業機械、事務機、運搬機、建設機械、鉄道車両、自動車、二輪車等に組み込むことが可能である。この発明の技術的範囲は、上述の各実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載に基く技術的思想の範囲内での全ての変更を含むものである。各実施形態は、併用可能なもの同士を適宜に組合せることができ、例えば、ピエゾフィルム、圧電セラミックス、熱電変換素子といった発電回路を、バックマグネット付きの磁気センサ素子と組合せて採用することができ、また、空所や外径残部でギャップ変化を付けたエンコーダと組合せて採用するこもできる。
【符号の説明】
【０１２２】
１、５１  センサ回路
２、４２、７０、８４、９１、１０１、１１３  ケース体
３  回転軸
４、８０  エンコーダ
５  軸受箱
６  軸受
７、８５  アダプタスリーブ
８、６０  軸受ハウジング
９、６１、６３、１１１  カバー
１０  シール
１１  Ｏリング
１２  外輪
１３  内輪
１４  切割り
１５  ロックナット
１６  座金
１７、６２  軸受用肩部
１８  軸受座部
１９、２０  発電回路
２１、５０  電源回路
２２  送受信装置
２３  バックマグネット
２４、８１  磁気センサ素子
２５  回路基板
２６  空所
２７  外径残部
２８、８２  コイル
２９  支持壁部
３０、４１  永久磁石
３１、４０  第２コイル
３２  制御器
３３、４６  電線
３４  凹部
３５  電線通路
３６、６４、１１２  ケース座部
３７、６５  ケース用肩部
４３  溝部
４４  穴部
４５  ターミナル
７１、８３  ヨーク
７２  筒ヨーク材
７３  蓋ヨーク材
８６  嵌め合い面
８７  肩部
９０  ピエゾフィルム
９２、１０３  錘
１００  圧電セラミックス
１０２  ばね
１１０  熱電変換素子
１１４  素子用凹部
１１５  加熱面
１１６  冷却面
Ｗ１  切割り幅
【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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【図１３】
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【図１４】
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