(57)【要約】  少なくともワイヤレスセンサに対しては無給電かつ無配線で、金属筐体の内部に設けられたワイヤレスセンサと外部との無線通信を可能とする無線通信システムを提供する。無線通信システム１００１ａは、金属筐体１００２ａの内部に設けられたワイヤレスセンサ１００３と、金属筐体１００２ａの外部に設けられ、ワイヤレスセンサ１００３からの電波を受信する受信機１００４と、金属筐体１００２ａの内部と外部との間に設けられた無給電中継器１００６と、を備える。また、無線通信システムは、無給電中継器に代えて、金属筐体に設けられたスリットを備え、電波の基本波の波長をλ、スリットの開口の比誘電率をεとしたとき、スリットの長さＬはＬ＝（λ／２）×（１／√ε）を満たす。
2020209206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属筐体の内部に設けられたワイヤレスセンサと、
前記金属筐体の外部に設けられ、前記ワイヤレスセンサからの電波を受信する受信機と、
前記金属筐体の内部と外部との間に設けられた無給電中継器と、
を備え、
前記無給電中継器は、
前記金属筐体の内部に設けられた受信アンテナと、
前記金属筐体の外部に設けられた送信アンテナと、
を備え、
前記無給電中継器の受信アンテナと前記無給電中継器の送信アンテナとが、前記金属筐体に設けられた孔を介して電気的に接続されている
無線通信システム。
【請求項２】
前記無給電中継器の受信アンテナ及び前記無給電中継器の送信アンテナのうち、少なくとも前記無給電中継器の受信アンテナはモノポールアンテナである
請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記無給電中継器の受信アンテナ及び前記無給電中継器の送信アンテナのうち、少なくとも前記無給電中継器の受信アンテナはノンラジアルアンテナである
請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記無給電中継器の受信アンテナ及び前記無給電中継器の送信アンテナのうち、少なくとも前記無給電中継器の受信アンテナはマイクロストリップパッチアンテナである
請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記無給電中継器の受信アンテナ及び前記無給電中継器の送信アンテナのうち、少なくとも前記無給電中継器の送信アンテナはダイポールアンテナである
請求項１から４のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項６】
無線通信システムの望ましい態様として、前記無給電中継器の受信アンテナ及び前記無給電中継器の送信アンテナのうち、少なくとも前記無給電中継器の受信アンテナはパターンアンテナである
請求項１から４のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記無給電中継器の受信アンテナ及び前記無給電中継器の送信アンテナのうち、少なくとも前記無給電中継器の送信アンテナはモノポールアンテナである
請求項１から４のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記無給電中継器の受信アンテナは、前記電波の基本波の波長をλとしたとき、前記ワイヤレスセンサの送信アンテナとの距離ｄがλ／２π以下となる位置に配置されている
請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記ワイヤレスセンサの送信アンテナは、パターンアンテナ、マイクロストリップパッチアンテナ、及びチップアンテナのいずれか１つであり、
前記無給電中継器の受信アンテナは、前記ワイヤレスセンサの送信アンテナに対向して配置されている
請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記金属筐体の内部に設けられ、前記電波を反射する電波反射体を備える
請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項１１】
前記電波反射体は、前記電波の基本波の波長をλとしたとき、前記ワイヤレスセンサの送信アンテナとの距離Ｄが２λ以下となる位置に配置されている
請求項１０に記載の無線通信システム。
【請求項１２】
前記ワイヤレスセンサの送信アンテナは、パターンアンテナ、マイクロストリップパッチアンテナ、及びチップアンテナのいずれか１つであり、
前記電波反射体は、前記ワイヤレスセンサの送信アンテナに対向して配置されている
請求項１１に記載の無線通信システム。
【請求項１３】
前記電波反射体は、銅、ニッケル、及びアルミニウムのいずれか１つ、あるいは、これらのいずれかを５０％以上含む合金である
請求項１０から１２のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項１４】
金属筐体の内部に設けられたワイヤレスセンサと、
前記金属筐体の外部に設けられ、前記ワイヤレスセンサからの電波を受信する受信機と、
前記金属筐体の内部と外部との間に設けられた第１の無給電中継器と、
前記金属筐体の内部に設けられた第２の無給電中継器と、
を備え、
前記第１の無給電中継器は、
前記金属筐体の内部に設けられた受信アンテナと、
前記金属筐体の外部に設けられた送信アンテナと、
を備え、
前記第１の無給電中継器の受信アンテナと前記第１の無給電中継器の送信アンテナとが、前記金属筐体に設けられた孔を介して電気的に接続され、
前記第２の無給電中継器は、
前記ワイヤレスセンサの送信アンテナからの電波を受信する受信アンテナと、
当該受信アンテナで受信した電波を前記第１の無給電中継器の受信アンテナに送信する送信アンテナと、
を備える
無線通信システム。
【請求項１５】
前記第２の無給電中継器の受信アンテナは、前記電波の基本波の波長をλとしたとき、前記ワイヤレスセンサの送信アンテナとの距離ｄがλ／２π以下となる位置に配置されている
請求項１４に記載の無線通信システム。
【請求項１６】
前記ワイヤレスセンサの送信アンテナは、パターンアンテナ、マイクロストリップパッチアンテナ、及びチップアンテナのいずれか１つであり、
前記第２の無給電中継器の受信アンテナは、前記ワイヤレスセンサの送信アンテナに対向して配置されている
請求項１５に記載の無線通信システム。
【請求項１７】
前記第１の無給電中継器の受信アンテナは、前記第２の無給電中継器の送信アンテナに対向して配置されている
請求項１６に記載の無線通信システム。
【請求項１８】
金属筐体の内部に設けられたワイヤレスセンサと、
前記金属筐体の外部に設けられ、前記ワイヤレスセンサからの電波を受信する受信機と、
前記金属筐体に設けられたスリットと、
を備え、
前記電波の基本波の波長をλ、前記スリットの開口の比誘電率をεとしたとき、前記スリットの長さＬは下記式を満たす
無線通信システム。
Ｌ＝（λ／２）×（１／√ε）
【請求項１９】
前記スリットの開口に樹脂が埋め込まれている
請求項１８に記載の無線通信システム。
【請求項２０】
前記金属筐体に複数の前記スリットが等間隔で設けられている
請求項１８又は１９に記載の無線通信システム。
【請求項２１】
前記ワイヤレスセンサは、前記金属筐体の外部からの給電線を含む配線を有していない
請求項１から２０のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
振動センサ、加速度センサ、回転センサ、温度センサ等の各種センサを内蔵し、各種センサにより取得したデータを無線通信により出力するワイヤレスセンサ付き軸受が提案されている（例えば、特許文献１）。このようなワイヤレスセンサ付き軸受は、回転機械の回転を利用して発電した電力を供給することにより、外部からの給電を不要とした構成が一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−６６４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転機械の金属筐体内にワイヤレスセンサを組み込む場合、金属筐体によって電波が遮断され、外部との無線通信が行えない場合がある。金属筐体に電波通過用の孔を設けることが一般的であるが、筐体内部への異物混入や、筐体の強度をはじめとする機械的特性、あるいは不要輻射等の電気的特性の観点から、大きな孔を設けることが難しい。他方、電波通過用の孔が小さいと、無線通信を行うために必要な電波が十分に通過せず、実質的に外部との無線通信が行えない可能性がある。なおここで言及しているワイヤレスセンサとはデータの送信線だけでなく、電源の供給線もないものであり、このことから、無給電かつ無配線で無線通信を行うことが望ましい。【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、少なくともワイヤレスセンサに対しては無給電かつ無配線で、金属筐体の内部に設けられたワイヤレスセンサと外部との無線通信を可能とする無線通信システムを提供すること、を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る無線通信システムは、金属筐体の内部に設けられたワイヤレスセンサと、前記ワイヤレスセンサからの電波を受信する受信機と、前記金属筐体の内部と外部との間に設けられた無給電中継器と、を備え、前記無給電中継器は、前記金属筐体の内部に設けられた受信アンテナと、前記金属筐体の外部に設けられた送信アンテナと、を備え、前記無給電中継器の受信アンテナと前記無給電中継器の送信アンテナとが、前記金属筐体に設けられた孔を介して電気的に接続されている。【０００７】
上記構成によれば、電波通過用の孔が小さくても、金属筐体の内部に設けられたワイヤレスセンサと外部との無線通信を可能とする無線通信システムが得られる。【０００８】
無線通信システムの望ましい態様として、前記無給電中継器の受信アンテナ及び前記無給電中継器の送信アンテナのうち、少なくとも前記無給電中継器の受信アンテナはモノポールアンテナであることが好ましい。【０００９】
これにより、狭い金属筐体内であっても、アンテナの設置が可能となる。また、アンテナ設置による筐体の大型化を最小限とすることもできる。【００１０】
無線通信システムの望ましい態様として、前記無給電中継器の受信アンテナ及び前記無給電中継器の送信アンテナのうち、少なくとも前記無給電中継器の受信アンテナはノンラジアルアンテナであることが好ましい。【００１１】
これにより、アンテナの接地状況に依存せず安定した性能で通信が可能である。【００１２】
無線通信システムの望ましい態様として、前記無給電中継器の受信アンテナ及び前記無給電中継器の送信アンテナのうち、少なくとも前記無給電中継器の受信アンテナはマイクロストリップパッチアンテナであることが好ましい。【００１３】
これにより、狭い金属筐体内であっても、アンテナの設置が可能となる。【００１４】
無線通信システムの望ましい態様として、前記無給電中継器の受信アンテナ及び前記無給電中継器の送信アンテナのうち、少なくとも前記無給電中継器の送信アンテナはダイポールアンテナであることが好ましい。【００１５】
これにより、アンテナ利得を大きくでき、通信能力を向上させることができる。【００１６】
無線通信システムの望ましい態様として、前記無給電中継器の受信アンテナ及び前記無給電中継器の送信アンテナのうち、少なくとも前記無給電中継器の受信アンテナはパターンアンテナであることが好ましい。【００１７】
これにより、狭い金属筐体内であっても、アンテナの設置が可能となる。【００１８】
無線通信システムの望ましい態様として、前記無給電中継器の受信アンテナ及び前記無給電中継器の送信アンテナのうち、少なくとも前記無給電中継器の送信アンテナはモノポールアンテナであることが好ましい。【００１９】
これにより、全方位無指向性の無線通信システムが実現できる。【００２０】
無線通信システムの望ましい態様として、前記無給電中継器の受信アンテナは、前記電波の基本波の波長をλとしたとき、前記ワイヤレスセンサの送信アンテナとの距離ｄがλ／２π以下となる位置に配置されていることが好ましい。【００２１】
これにより、無給電中継器の受信アンテナとワイヤレスセンサの送信アンテナとの間で生じる近傍界の電磁結合作用を利用することができる。【００２２】
無線通信システムの望ましい態様として、前記ワイヤレスセンサの送信アンテナは、パターンアンテナ、マイクロストリップパッチアンテナ、及びチップアンテナのいずれか１つであり、前記無給電中継器の受信アンテナは、前記ワイヤレスセンサの送信アンテナに対向して配置されていることが好ましい。【００２３】
これにより、ワイヤレスセンサの送信アンテナと無給電中継器の受信アンテナとの間の電力ロス（伝搬損失）を抑制することができる。【００２４】
無線通信システムの望ましい態様として、前記金属筐体の内部に設けられ、前記電波を反射する電波反射体を備えることが好ましい。【００２５】
これにより、ワイヤレスセンサの送信アンテナと無給電中継器の受信アンテナとの間の電力ロス（伝搬損失）を抑制することができる。【００２６】
無線通信システムの望ましい態様として、前記電波反射体は、前記電波の基本波の波長をλとしたとき、前記ワイヤレスセンサの送信アンテナとの距離Ｄが２λ以下となる位置に配置されていることが好ましい。【００２７】
これにより、ワイヤレスセンサの送信アンテナと無給電中継器の受信アンテナとの間の電力ロス（伝搬損失）を抑制することができる。【００２８】
無線通信システムの望ましい態様として、前記ワイヤレスセンサの送信アンテナは、パターンアンテナ、マイクロストリップパッチアンテナ、及びチップアンテナのいずれか１つであり、前記電波反射体は、前記ワイヤレスセンサの送信アンテナに対向して配置されていることが好ましい。【００２９】
これにより、ワイヤレスセンサの送信アンテナと無給電中継器の受信アンテナとの間の電力ロス（伝搬損失）を抑制することができる。【００３０】
無線通信システムの望ましい態様として、前記電波反射体は、銅、ニッケル、及びアルミニウムのいずれか１つ、あるいは、これらのいずれかを５０％以上含む合金であると良い。【００３１】
上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る無線通信システムは、金属筐体の内部に設けられたワイヤレスセンサと、前記金属筐体の外部に設けられ、前記ワイヤレスセンサからの電波を受信する受信機と、前記金属筐体の内部と外部との間に設けられた第１の無給電中継器と、前記金属筐体の内部に設けられた第２の無給電中継器と、を備え、前記第１の無給電中継器は、前記金属筐体の内部に設けられた受信アンテナと、前記金属筐体の外部に設けられた送信アンテナと、を備え、前記第１の無給電中継器の受信アンテナと前記第１の無給電中継器の送信アンテナとが、前記金属筐体に設けられた孔を介して電気的に接続され、前記第２の無給電中継器は、前記ワイヤレスセンサの送信アンテナからの電波を受信する受信アンテナと、当該受信アンテナで受信した電波を前記第１の無給電中継器の受信アンテナに送信する送信アンテナと、を備える。【００３２】
上記構成によれば、電波通過用の孔が小さくても、金属筐体の内部に設けられたワイヤレスセンサと外部との無線通信を可能とする無線通信システムが得られる。【００３３】
無線通信システムの望ましい態様として、前記第２の無給電中継器の受信アンテナは、前記電波の基本波の波長をλとしたとき、前記ワイヤレスセンサの送信アンテナとの距離ｄがλ／２π以下となる位置に配置されていることが好ましい。【００３４】
これにより、第２の無給電中継器の受信アンテナとワイヤレスセンサの送信アンテナとの間で生じる近傍界の電磁結合作用を利用することができる。【００３５】
無線通信システムの望ましい態様として、前記ワイヤレスセンサの送信アンテナは、パターンアンテナ、マイクロストリップパッチアンテナ、及びチップアンテナのいずれか１つであり、前記第２の無給電中継器の受信アンテナは、前記ワイヤレスセンサの送信アンテナに対向して配置されていることが好ましい。【００３６】
これにより、第２の無給電中継器の受信アンテナとワイヤレスセンサの送信アンテナとの間の電力ロス（伝搬損失）を抑制することができる。【００３７】
無線通信システムの望ましい態様として、前記第１の無給電中継器の受信アンテナは、前記第２の無給電中継器の送信アンテナに対向して配置されていることが好ましい。【００３８】
これにより、第１の無給電中継器の受信アンテナと第２の無給電中継器の送信アンテナとの間の電力ロス（伝搬損失）を抑制することができる。【００３９】
上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る無線通信システムは、金属筐体の内部に設けられたワイヤレスセンサと、前記金属筐体の外部に設けられ、前記ワイヤレスセンサからの電波を受信する受信機と、前記金属筐体に設けられたスリットと、を備え、前記電波の基本波の波長をλ、前記スリットの開口の比誘電率をεとしたとき、前記スリットの長さＬは下記式を満たすことが好ましい。【００４０】
Ｌ＝（λ／２）×（１／√ε）【００４１】
上記構成によれば、上記式を満たすスリットを設けることで、スリットがスロットアンテナとして機能する。これにより、金属筐体の内部に設けられたワイヤレスセンサと外部との無線通信を可能とする無線通信システムが得られる。スロットアンテナは、上記の式を満たす波長λの電波が金属筐体と電磁的共振を起こし、外部に放射する。一方、スロットアンテナは、上記の波長λから大きく外れた電波は金属筐体と電磁的共振を起こさず、外部に放射され難い。このため、不要輻射を抑制した無線通信システムを実現できる。【００４２】
無線通信システムの望ましい態様として、前記スリットの開口に樹脂が埋め込まれていることが好ましい。【００４３】
これにより、金属筐体の内部に異物が混入することを防ぐことができる。【００４４】
無線通信システムの望ましい態様として、金属筐体に複数の前記スリットが等間隔で設けられていることが好ましい。【００４５】
これにより、アンテナの正面方向における電波強度を高めることができる。【００４６】
無線通信システムの望ましい態様として、前記ワイヤレスセンサは、前記金属筐体の外部からの給電線を含む配線を有していないことが好ましい。【００４７】
これにより、無給電かつ無配線で無線通信を行うことができる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、少なくともワイヤレスセンサに対しては無給電かつ無配線で、金属筐体の内部に設けられたワイヤレスセンサと外部との無線通信を可能とするワイヤレスセンサの無線通信システムが得られる。【００４９】
また、無線通信距離が改善され、受信機を壁面または天井に設置するなどのレイアウトの幅が拡がる。これにより、受信機の設置箇所を人の動線上から外すことができるので、安定した無線通信を実現可能な無線通信システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、ワイヤレスセンサ付き軸受の斜視図である。
【図２】図２は、ワイヤレスセンサ付き軸受の分解斜視図である。
【図３】図３は、ワイヤレスセンサ付き軸受であって、発電部と凸部とを含む部分の断面図である。
【図４】図４は、ワイヤレスセンサ付き軸受であって、発電部と凹部とを含む部分の断面図である。
【図５】図５は、ワイヤレスセンサ付き軸受であって、センサ基板を含む部分の断面図である。
【図６】図６は、ワイヤレスセンサ付き軸受における起電力の電圧と時間との関係を説明するための説明図である。
【図７】図７は、ワイヤレスセンサユニットの平面図である。
【図８】図８は、カバーの斜視図である。
【図９】図９は、実施形態１に係る無線通信システムの概略縦断面図である。
【図１０】図１０は、実施形態１に係る無線通信システムのスリットを正面から見た図である。
【図１１】図１１は、図１０に示すＡ−Ａ断面の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、実施形態１の変形例に係る無線通信システムのスリットを正面から見た図である。
【図１３】図１３は、実施形態１に係る無線通信システムの効果を説明するための電波の受信感度の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、実施形態２に係る無線通信システムの概略縦断面図である。
【図１５】図１５は、無給電中継器の一構成例を示す概略図である。
【図１６】図１６は、ワイヤレスセンサ付き軸受を備えたモータの内部構成の一例を示す図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、実施形態３に係る無線通信システムの適用例を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、実施形態３に係る無線通信システムの適用例を示す図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、実施形態４に係る無線通信システムの適用例を示す図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、実施形態４に係る無線通信システムの適用例を示す図である。
【図１９】図１９は、ワイヤレスセンサ付き軸受を備えた減速機の内部構成の一例を示す図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、実施形態５に係る無線通信システムの適用例を示す図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、実施形態５に係る無線通信システムの適用例を示す図である。
【図２１】図２１は、自由空間における電波の伝搬損失の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下、発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００５２】
（ワイヤレスセンサ付き軸受）
まず、本実施形態に係るワイヤレスセンサが適用される例として、ワイヤレスセンサ付き軸受について説明する。
【００５３】
図１は、ワイヤレスセンサ付き軸受の斜視図である。図２は、ワイヤレスセンサ付き軸受の分解斜視図である。図３は、ワイヤレスセンサ付き軸受であって、発電部と凸部とを含む部分の断面図である。図４は、ワイヤレスセンサ付き軸受であって、発電部と凹部とを含む部分の断面図である。図５は、ワイヤレスセンサ付き軸受であって、センサ基板を含む部分の断面図である。図１に示すワイヤレスセンサ付き軸受１は、図２に示すように、ワイヤレスセンサユニット５と、トーンリング３０と、軸受本体２０とを有している。
【００５４】
図３から図５に示すように、軸受本体２０は、外輪２１と、内輪２２と、転動体２３とを有する転がり軸受である。外輪２１と内輪２２は、回転軸Ａｘ（図１参照）を中心に相対的に回転する。以下、内輪２２が回転輪として説明するが、内輪２２と外輪２１とが相対回転していれば、どちらが回転していてもよい。
【００５５】
カバー１０は、円環状の天板１２と、天板１２の周囲に接続され、筒状の側板１１とを有する。カバー１０は、ケイ素鋼板、炭素鋼（ＪＩＳ規格  ＳＳ４００又はＳ４５Ｃ）、マルテンサイト系ステンレス（ＪＩＳ規格  ＳＵＳ４２０）又はフェライト系ステンレス（ＪＩＳ規格  ＳＵＳ４３０）のいずれかのような磁性を有する材料で形成される。
【００５６】
図２に示すように、ワイヤレスセンサユニット５において、複数の発電部３と基板４０とが、天板１２の一方の面１２Ａに取り付けられている。一方の面１２Ａは、軸受本体２０と対向する側の面である。基板４０は、電源基板４１と、センサ基板４２とを有している。
【００５７】
例えば、図１及び図２に示すように、天板１２に開けられた雌ねじ穴に、黄銅など非磁性材料のボルト１９Ａが締結することで、発電部３は、天板１２に固定される。同様に、天板１２に開けられた雌ねじ穴に、黄銅など非磁性材料のボルト１９Ｂが締結することで、電源基板４１とセンサ基板４２とが、天板１２に固定される。図１に示すように、ボルト１９Ａ及びボルト１９Ｂは、カバー１０に取り付けられた状態で、カバー１０から突出しない長さを有している。
【００５８】
トーンリング３０には、外径側に突出する凸部３１と、凸部３１よりも内径側に凹む凹部３２とが周方向に交互に設けられている。トーンリング３０は、軸受本体２０側に突出する筒状突起３３を内周側に有している。トーンリング３０は、ケイ素鋼板、炭素鋼（ＪＩＳ規格  ＳＳ４００又はＳ４５Ｃ）、マルテンサイト系ステンレス（ＪＩＳ規格  ＳＵＳ４２０）又はフェライト系ステンレス（ＪＩＳ規格  ＳＵＳ４３０）のいずれかのような磁性を有する材料で形成される。
【００５９】
発電部３は、永久磁石１３と、ヨーク１４と、コイル１５とを有している。永久磁石１３は、天板１２に接するように固定されている。ヨーク１４は、永久磁石１３に接するように固定されている。ヨーク１４は、永久磁石１３に磁気的に接続されていればよく、直接接続されていなくてもよい。ヨーク１４は、ケイ素鋼板、ＮｉＦｅ合金などの磁性を有する材料で形成されている。ヨーク１４の内部における磁束量が増えるように、ヨーク１４は、カバー１０の材質と同等以上の透磁率を有する材料が用いられていることが望ましい。ヨーク１４がケイ素鋼板であると、透磁率が高くなり、ヨーク１４内に磁束が通りやすくなる。
【００６０】
コイル１５は、導線がヨーク１４を巻回するいわゆるマグネットワイヤである。隣り合う発電部３のコイル１５同士は、直列に接続され、直列接続された複数の発電部３のコイル１５から引き出された配線が電源基板４１に接続されている。
【００６１】
図３に示すように、側板１１の一端が外輪２１の外周に設けられた溝２１Ａに嵌め込まれ固定される。筒状突起３３は、内輪２２の内周に設けられた溝２２Ａに嵌め込まれ固定されている。これにより、図３及び図４に示すように、ヨーク１４の内周側端面及び天板１２の内周側端面がトーンリング３０の凸部３１又は凹部３２に対向する位置に配置される。そして、カバー１０及びトーンリング３０は、軸受本体２０への取り付けが容易である。
【００６２】
永久磁石１３の磁界により磁束Ｍｆが、ヨーク１４、トーンリング３０の凸部３１又は凹部３２、カバー１０の天板１２を通る。このため、永久磁石１３、ヨーク１４、トーンリング３０の凸部３１又は凹部３２、カバー１０の天板１２が磁気回路となる。
【００６３】
また、図５に示すように、凸部３１の外周側端面３１ＩＦの一部には、トーンリング３０よりも強い磁性を示す磁性体３１１が取り付けられている。例えば、凸部３１の外周側端面３１ＩＦには、磁性体の形状と大きさに対応した凹部が設けられている。この凹部に磁性体３１１は嵌め込まれている。磁性体３１１と、磁性体３１１の周囲の外周側端面３１ＩＦは、面一又はほぼ面一となっている。磁性体３１１は、例えば、硬磁性体の永久磁石である。トーンリング３０において、磁性体３１１の取り付け箇所は１箇所のみである。外輪２１に対して内輪２２が相対的に１回転（３６０°回転）する毎に、磁性体３１１は角度センサ４４３に最も近づく。角度センサ４４３は、例えばホール素子を含む。
【００６４】
図６は、ワイヤレスセンサ付き軸受における起電力の電圧と時間との関係を説明するための説明図である。ここで、図６の横軸は時間Ｔであり、縦軸は起電力の電圧Ｖｉである。外輪２１が固定され、内輪２２が回転することによって内輪２２と共にトーンリング３０が回転し、トーンリング３０と発電部３とが相対的に回転する。ヨーク１４にとっては、内周側端面から図３に示す凸部３１の外周側端面３１ＩＦまでのエアギャップと、内周側端面から図４に示す凹部３２の外周側端面３２ＩＦまでのエアギャップと、が交互に入れ替わる。
【００６５】
このように、トーンリング３０の外周の凸部３１と凹部３２とにより、発電部３のヨーク１４とトーンリング３０の外周との距離が周期的に変化する。これにより、発電部３に生じる磁束Ｍｆの密度が変化する。永久磁石１３を備えたヨーク１４とトーンリング３０とが接近している場合には、永久磁石１３、ヨーク１４、トーンリング３０を通る磁束Ｍｆは大きく、ヨーク１４とトーンリング３０とが離れている場合には、永久磁石１３、ヨーク１４、トーンリング３０を通る磁束Ｍｆが小さくなる。この磁束Ｍｆの密度変化に応じて、ヨーク１４の周りにマグネットワイヤを巻いたコイル１５に電圧変化が発生する。
【００６６】
すなわち、ヨーク１４と凸部３１の外周側端面３１ＩＦとが最も近づいたときに、図３に示す磁束Ｍｆが大きくなり、図６に示す起電力の電圧Ｖ１が電源基板４１に供給される。ヨーク１４と凹部３２の外周側端面３２ＩＦとが最も遠ざかるときに、図４に示す磁束Ｍｆが小さくなり、図６に示す起電力の電圧Ｖ２が電源基板４１に供給される。
【００６７】
図７は、ワイヤレスセンサユニットの平面図である。図７に示すように、電源基板４１には、電源部４３が実装されている。電源部４３は、発電部３から供給された単相交流電力を直流電圧に変換して、センサ基板４２へ供給する。センサ基板４２には、センサ４４と、通信回路を有する制御部４５と、アンテナ４７とが実装されている。電源部４３からの直流電力は、センサ４４及び制御部４５に供給される。センサ４４、制御部４５及びアンテナ４７は、別々のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップで構成されていてもよいし、それらの一部又は全部が１つのＩＣチップで構成されていてもよい。また、センサ４４は、例えば、加速度センサ４４１と、温度センサ４４２及び角度センサ４４３を有する。なお、センサ４４は、上述した加速度センサ４４１、温度センサ４４２、角度センサ４４３のうちの何れか１つ、又は２つでも良いし、その他の物理量を計測するセンサであっても良い。
【００６８】
図８は、カバーの斜視図である。図８に示すように、カバー１０には、貫通孔１２Ｈが開けられている。貫通孔１２Ｈは、図１に示すように、樹脂などの非磁性材料で形成された非磁性蓋１７で密閉されている。上述したように、カバー１０は、軸受本体２０側にアンテナ４７を備えている。ここで、カバー１０は、磁性を有しているので、アンテナ４７からの電磁波をシールドする作用を有している。このため、図７に示すように、軸受本体２０の回転軸Ｚｒ方向からみた平面視において、アンテナ４７が非磁性蓋１７と重なるように配置されている。すなわち、カバー１０のアンテナ４７に対向する部分には、非磁性蓋１７が設けられている。このため、アンテナ４７の電磁波ＷＶは、非磁性蓋１７を介して、通信部１５１へ到達することができる。
【００６９】
また、図８に示すように、天板１２の一方の面１２Ａに、発電部３を配置するための複数の凹部１８が設けられている。例えば、複数の凹部１８の各々は、コイル１５を配置するための第１凹部１８Ａと、永久磁石１３を配置するための第２凹部１８Ｂとを有する。一方の面１２Ａを基準面としたとき、第１凹部１８Ａは第２凹部１８Ｂよりも深い。
【００７０】
制御部４５は、センサ４４によって検出された各種データをアナログデータからデジタルデータに変換（例えば、Ａ／Ｄ変換）して記憶する機能を有する。また、制御部４５は、アンテナ４７を介して記憶したデジタルデータを外部に送信する機能を有する。制御部４５は、電源部４３から供給される直流電力を使用して動作する。
【００７１】
ワイヤレスセンサユニット５から送信されたデジタルデータは、図１に示す上位装置１５０の通信部１５１で受信される。通信部１５１で受信したデジタルデータは、コンピュータ１５２で処理される。このように、ワイヤレスセンサ付き軸受１は、デジタルデータを無線で送信することができるので、小型化が可能になる。
【００７２】
本実施形態に係るワイヤレスセンサとしては、上述したワイヤレスセンサ付き軸受１の他に、軸受の近傍に設ける間座タイプのワイヤレスセンサモジュールも存在する。以下、上述したワイヤレスセンサ付き軸受１やワイヤレスセンサモジュールのようなワイヤレスセンサを用いた無線通信システムについて、図９から図１３を参照して説明する。なお、以下の説明では、図１から図８において説明したワイヤレスセンサ付き軸受１及び上位装置１５０の構成と実質的に同一の構成部が含まれる。
【００７３】
（実施形態１）
図９は、実施形態１に係る無線通信システムの概略縦断面図である。図９に示すように、実施形態１に係る無線通信システム１００１は、回転機械の金属筐体１００２と、金属筐体１００２の内部に設けられるワイヤレスセンサ１００３と、金属筐体１００２の外部に設けられる受信機４とを備える。
【００７４】
ワイヤレスセンサ１００３は、本実施形態に係る無線通信システム１００１を構成する要素として、少なくとも、センサ１０３１と、送信機１０３２とを備える。
【００７５】
センサ１０３１は、例えば、上述した加速度センサ４４１、温度センサ４４２、角度センサ４４３や、その他の物理量を計測する各種センサのうちの少なくとも１つが例示される。センサ１０３１の構成により本開示が限定されるものではない。
【００７６】
送信機１０３２は、センサ１０３１で検出された情報をデータ化する制御回路（不図示）や、制御回路によってデータ化された情報を無線信号に変換して送信する無線回路（不図示）を含む。送信機１０３２は、外部からの給電を不要とした構成であれば良く、例えば、回転機械の回転を利用して発電した電力により動作する態様であっても良い。
【００７７】
送信機１０３２と受信機１００４との間の通信規格としては、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉ−Ｆｉ（登録商標）等が例示される。
【００７８】
本実施形態において、金属筐体１００２には、周囲が金属筐体１００２に囲われたスリット１００５（溝穴）が設けられている。スリット１００５の開口は、金属筐体１００２の内部に異物が混入することを防ぐために、例えばエンジニアリングプラスチック等の樹脂が埋め込まれた態様であることが好ましい。図１０は、実施形態１に係る無線通信システムのスリットを正面から見た図である。
【００７９】
スリット１００５の長さＬは、送信機１０３２と受信機１００４との間の通信に用いられる電波の基本波の波長をλ、スリット１００５の開口の比誘電率をεとしたとき、下記（１）式を満たすことが望ましい。
【００８０】
Ｌ＝（λ／２）×（１／√ε）・・・（１）
【００８１】
スリット１００５の開口を樹脂で埋めない態様では、スリット１００５の開口の比誘電率εは略１と見做せる（ε≒１）。この場合、スリット１００５の長さＬは、下記（２）式となる。
【００８２】
Ｌ≒λ／２・・・（２）
【００８３】
あるいは、金属中における電波の基本波の波長をλ’は、下記（３）式となる。下記（３）式において、Ｋはスリット１００５周りの樹脂や金属で決まる波長短縮率を示す所定の係数（例えば、０．５から１．０の間の所定値）、ｃは真空中の電磁波の速さ、ｆはワイヤレスレスセンサ１００３が発信する電波の周波数を示している。このとき、スリット１００５の長さＬは、下記（４）式を満たすことが望ましい。
【００８４】
λ’＝Ｋ×（ｃ／ｆ）・・・（３）
【００８５】
Ｌ＝λ’／２＝｛Ｋ×（ｃ／ｆ）｝／２・・・（４）
【００８６】
スリット１００５の幅Ｗ（＜＜Ｌ）は、送信機１０３２と受信機１００４との間の通信規格に応じて決定すれば良い。例えば、送信機１０３２と受信機１００４との間の通信規格としてＢｌｕｅｔｏｏｔｈを用いた場合、周波数ホッピング方式（ＦＨＳＳ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｈｏｐｐｉｎｇ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）に対応した幅に設定することが好ましい。この場合、２４０２［ＭＨｚ］から２４８０［ＭＨｚ］までの帯域幅をカバーするように設定すれば良い。なお、スリット１００５の形状は、図１０に示すように、例えば長辺の長さがＬ、短辺の幅がＷの角型であっても良い。また、長軸の長さがＬ、短軸の幅がＷの楕円形状であっても良い。
【００８７】
上述したように、金属筐体１００２に上記（１）式、（２）式、及び（４）式のいずれかを満たすスリット１００５を設けることで、スリット１００５がスロットアンテナとして機能する。これにより、金属筐体１００２の内部に設けられたワイヤレスセンサ１００３と外部との無線通信を可能とする無線通信システム１００１を構築することができる。
【００８８】
スロットアンテナは、上記（１）式、（２）式、及び（４）式のいずれかを満たす波長λの電波が金属筐体１００２と電磁的共振を起こし、外部に放射する。一方、スロットアンテナは、上記の波長λから大きく外れた電波は金属筐体１００２と電磁的共振を起こさず、外部に放射され難い。このため、不要輻射を抑制した無線通信システム１００１を実現できる。
【００８９】
図１１は、図１０に示すＡ−Ａ断面の一例を示す図である。図１１に示すように、金属筐体１００２のスリット１００５を設けた面が曲面である場合、スリット１００５の長さＬは、金属筐体１００２の曲面の沿った長さで決まる。
【００９０】
図１２は、実施形態１の変形例に係る無線通信システムのスリットを正面から見た図である。図１２に示すように、金属筐体１００２に複数のスリット１００５を等間隔で設けることで、スロットアレイビームフォーミングアンテナを構成しても良い。この場合には、指向性は強まるものの、正面方向における電波強度を高めることができる。
【００９１】
このように、金属筐体１００２に上記（１）式又は（２）式を満たすスリット１００５を等間隔で複数設けることで、スリット１００５がスロットアレイビームフォーミングアンテナとして機能する。これにより、金属筐体１００２の内部に設けられたワイヤレスセンサ１００３と外部との無線通信を可能とする無線通信システム１００１を構築することができる。
【００９２】
ここで、スリット１００５に代えて、金属筐体１００２にλ／４の直径を持つ円状の孔を設けることも考え得る。以下、金属筐体１００２にλ／４の直径を持つ円状の孔を設けた場合との効果の比較について説明する。
【００９３】
図１３は、実施形態１に係る無線通信システムの効果を説明するための電波の受信感度の一例を示す図である。図１３において、横軸は周波数を示し、縦軸は電波の強度を示している。図１３に示す実線は、金属筐体２がない場合、すなわち、通信経路上に電磁遮蔽物がない場合の受信感度の一例を示している。図１３に示す破線は、実施形態１に係る無線通信システム１００１の受信感度の一例を示している。図１３に示す一点鎖線は、金属筐体１００２にλ／４の直径を持つ円状の孔を設けた場合の受信感度の一例を示している。
【００９４】
図１３の一点鎖線に示すように、金属筐体１００２にλ／４の直径を持つ円状の孔を設けた場合には、通信経路上に電磁遮蔽物がない場合（図１３の実線）よりも電波の基本周波数Ｆ０付近における受信感度がおおよそ１５［ｄＢ］低下している。本実施形態に係る無線通信システム１００１では、図１３の破線に示すように、金属筐体１００２にλ／４の直径を持つ円状の孔を設けた場合（図１３の一点鎖線）に対して、電波の基本周波数Ｆ０付近における受信感度がおおよそ５［ｄＢ］改善している。すなわち、金属筐体１００２にスリット１００５を設けた本実施形態に係る構成では、金属筐体１００２にλ／４の直径を持つ円状の孔を設けた場合よりも小さい面積で電波の受信感度の低下を抑制することができる。
【００９５】
（実施形態２）
図１４は、実施形態２に係る無線通信システムの概略縦断面図である。図１５は、無給電中継器の一構成例を示す概略図である。なお、上述した実施形態１で説明した構成と同じ構成部には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００９６】
図１４に示すように、実施形態２に係る無線通信システム１００１ａは、スロットアンテナとして機能するスリット１００５に代えて、無給電中継器１００６を備えている。
【００９７】
図１５に示すように、無給電中継器１００６は、金属筐体１００２ａの内部に設けられた受信アンテナ１０６２と、金属筐体１００２ａの外部に設けられた送信アンテナ１０６３とを備えている。受信アンテナ１０６２と送信アンテナ１０６３とは、金属筐体１００２ａに設けられた孔を介して電気的に同軸ケーブル１０６１で接続されている。図１５では、受信アンテナ１０６２と送信アンテナ１０６３とを電気的に接続する構成部として同軸ケーブル１０６１を用いた例を示したが、これに限らない。受信アンテナ１０６２と送信アンテナ１０６３とを電気的に接続する構成部としては、例えば、金属筐体１００２ａに設けられた孔に挿通される同軸コネクタ等のコネクタであっても良い。
【００９８】
同軸ケーブル１０６１は、金属筐体１００２ａの内部側に設けられる端子１０６１ａと、金属筐体１００２ａの外部側に設けられる端子１０６１ｂとを備えている。受信アンテナ１０６２は、端子１０６１ａに接続される。送信アンテナ１０６３は、端子１０６１ｂに接続される。
【００９９】
本実施形態に係る無線通信システム１００１ａにおいて、ワイヤレスセンサ１００３の送信機１０３２から放射された電波は、無給電中継器１００６の受信アンテナ１０６２に到達すると、同軸ケーブル１０６１を介して無給電中継器１００６の送信アンテナ１０６３から再放射される。
【０１００】
上述したように、スロットアンテナとして機能する実施形態１のスリット１００５に代えて、無給電中継器１００６を備えることで、金属筐体１００２ａの内部に設けられたワイヤレスセンサ１００３と外部との無線通信を可能とする無線通信システム１００１ａを構築することができる。
【０１０１】
受信アンテナ１０６２として、例えば、ノンラジアルアンテナを用いることができる。これにより、アンテナの接地状況に依存せず安定した性能で通信が可能である。
【０１０２】
また、受信アンテナ１０６２として、例えば、モノポールアンテナを用いることができる。これにより、狭い金属筐体内であっても、アンテナの設置が可能となる。
【０１０３】
また、受信アンテナ１０６２として、例えば、マイクロストリップパッチアンテナを用いることができる。これにより、狭い金属筐体内であっても、アンテナの設置が可能となる。
【０１０４】
また、受信アンテナ１０６２として、例えば、パターンアンテナを用いることができる。これにより、狭い金属筐体内であっても、アンテナの設置が可能となる。
【０１０５】
受信アンテナ１０６２の種類及び形状は特に制限されない。例えば、ダイポールアンテナ等も用いることができる。
【０１０６】
送信アンテナ１０６３として、例えば、ダイポールアンテナを用いることができる。これにより、送信アンテナの利得を大きくすることで通信能力を向上させることができる。
【０１０７】
また、送信アンテナ１０６３として、例えば、モノポールアンテナを用いることができる。これにより、全方位無指向性の無線通信システムが実現できる。
【０１０８】
送信アンテナ１０６３の種類及び形状は特に制限されない。例えば、マイクロストリップパッチアンテナ等も用いることができる。
【０１０９】
受信アンテナ１０６２としてモノポールアンテナ、送信アンテナ１０６３としてダイポールアンテナを組み合わせて用いることが好ましい。これにより、狭い金属筐体内に設置される受信アンテナを小さくしつつ、送信アンテナの利得を大きくすることで通信能力を向上させることができる。
【０１１０】
また、受信アンテナ１０６２としてマイクロストリップパッチアンテナ、送信アンテナ１０６３としてダイポールアンテナを組み合わせて用いることができる。これにより、狭い金属筐体内に設置される受信アンテナを小さくしつつ、送信アンテナの利得を大きくすることで通信能力を向上させることができる。
【０１１１】
また、受信アンテナ１０６２としてマイクロストリップパッチアンテナ、送信アンテナ１０６３としてモノポールアンテナを組み合わせて用いることができる。これにより、狭い金属筐体内に設置される受信アンテナを小さくしつつ、送信アンテナを無指向性にすることで送信アンテナの向きに影響されない通信システムが実現できる。
【０１１２】
また、受信アンテナ１０６２としてモノポールアンテナ、送信アンテナ１０６３としてモノポールアンテナを組み合わせて用いることができる。これにより、狭い金属筐体内に設置される受信アンテナを小さくしつつ、送信アンテナを無指向性にすることで送信アンテナの向きに影響されない通信システムが実現できる。
【０１１３】
（実施形態３）
本実施形態では、ワイヤレスセンサ付き軸受を備えたモータにおける無線通信システムの具体的な適用例について説明する。図１６は、ワイヤレスセンサ付き軸受を備えたモータの内部構成の一例を示す図である。なお、上述した各実施形態で説明した構成と同じ構成部には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【０１１４】
モータ５０は、基本構成として、ハウジング（金属筐体）５１、ロータ５２、ステータ５３、及び出力シャフト５４を備えている。ハウジング５１は、実施形態２の金属筐体１００２ａに対応する。
【０１１５】
ロータ５２及び出力シャフト５４は、モータ５０のハウジング５１及びステータ５３に対して回転自在に保持される。ワイヤレスセンサ付き軸受１は、モータ５０の回転制御対象１００が機械的に接続される出力シャフト５４の負荷側に設けられている。本実施形態において、モータ５０の回転制御対象１００（以下、「負荷」とも称する）は、例えばポンプや減速機等の回転機械である。
【０１１６】
ワイヤレスセンサユニット５は、負荷側の軸受本体２０の回転軸Ａｘ方向内側に設けられる。ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７は、電波の放射方向を回転軸Ａｘ方向内側に向けて配置されている。ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７は、例えば、パターンアンテナ、マイクロストリップパッチアンテナ、及びチップアンテナのいずれか１つで構成される。
【０１１７】
実施形態２において説明した図１４の概略縦断面図で示すように、ワイヤレスセンサ１００３と無給電中継器１００６とが一直線上に並ぶ位置に配置した場合、ワイヤレスセンサ１００３の送信アンテナの放射方向に無給電中継器１００６の受信アンテナ１０６２を配置することができ、電力ロス（伝搬損失）を抑制した通信が可能である。
【０１１８】
ここで、例えば、図１６に示すモータ５０に実施形態に係る無線通信システムを適用する場合、ハウジング５１の内部のワイヤレスセンサ付き軸受１が設けられる出力シャフト５４の負荷側の空間Ａにおいて、無線通信システムの各要素の配置は、ハウジング５１やロータ５２やステータ５３の構造体（例えば、ハウジング５１に設けられるリブや、ロータ５２の巻線、あるいはステータ５３の磁石等）により制限される。このため、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７の電波の放射方向（図１６の矢示方向）に無給電中継器を配置することが難しく、電力ロス（伝搬損失）が大きくなる可能性がある。
【０１１９】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、実施形態３に係る無線通信システムの適用例を示す図である。図１６と同じ構成部には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【０１２０】
無給電中継器６０は、実施形態２の無給電中継器１００６に対応する。図１７Ａ及び図１７Ｂに示す例では、例えば、実施形態２の図１４の概略縦断面図に示すように、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７の電波の放射方向（回転軸Ａｘ方向内側）の延長線上に無給電中継器６０を設けることができない。このため、図１７Ａ及び図１７Ｂに示す例において、無給電中継器６０は、ハウジング５１の上面に設けられた孔に端子部６２が挿通されている。すなわち、ワイヤレスセンサユニット５からの電波の放射方向と、無給電中継器６０の端子部６２が挿通されるハウジング５１の孔の穿孔方向とが異なっている。
【０１２１】
以下、実施形態３に係る無線通信システムにおいて、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７から放射される電波の電力ロス（伝搬損失）を抑制するための構成について説明する。
【０１２２】
無給電中継器６０の送信アンテナ６１は、ハウジング５１の外側に設けられている。送信アンテナ６１は、例えば、ダイポールアンテナやモノポールアンテナ等で構成することができる。
【０１２３】
無給電中継器６０の受信アンテナ６５は、ハウジング５１の内側に設けられている。受信アンテナ６５は、例えば、樹脂製のアンテナ基板６４上に設けられたパターンアンテナ又はマイクロストリップパッチアンテナで構成することができる。
【０１２４】
端子部６２とアンテナ基板６４とは、例えば同軸ケーブル６３で接続されている。すなわち、送信アンテナ６１と受信アンテナ６５とは、端子部６２及び同軸ケーブル６３を介して接続されている。アンテナ基板６４と同軸ケーブル６３との接続は、例えば、ＳＭＡコネクタやＵ．ＦＬコネクタで接続される。同軸ケーブル６３は、これらＳＭＡコネクタやＵ．ＦＬコネクタに適合した、直径１．３７ｍｍ程度の同軸ケーブルであることが望ましい。なお、無給電中継器６０の送信アンテナ６１と受信アンテナ６５との接続態様はこれに限らない。
【０１２５】
図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、無給電中継器６０の受信アンテナ６５は、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７に対向して配置されている。これにより、図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、ワイヤレスセンサユニット５からの電波の放射方向と、無給電中継器６０の端子部６２が挿通されるハウジング５１の孔の穿孔方向とが異なっていても、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７の放射方向に無給電中継器６０の受信アンテナ６５を配置することができ、電力ロス（伝搬損失）を抑制した通信が可能である。
【０１２６】
また、無給電中継器６０の受信アンテナ６５は、電波の基本波の波長をλとしたとき、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７との距離ｄがλ／２π以下となる位置に配置されていることが望ましい。これにより、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７と無給電中継器６０の受信アンテナ６５との間で生じる近傍界の電磁結合作用を利用することができ、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７から放射される電波の電力ロス（伝搬損失）の抑制効果を高めることができる。
【０１２７】
なお、アンテナ基板６４は、図１７Ｂに示すように、例えば軸受押さえ部材５５を介してハウジング５１に取り付けることができる。アンテナ基板６４の取付態様により本開示が限定されるものではない。
【０１２８】
また、本実施形態では、無給電中継器６０の受信アンテナ６５として、パターンアンテナ又はマイクロストリップパッチアンテナで構成する例を示したが、これに限るものではない。無給電中継器６０の受信アンテナ６５の種類により本開示が限定されるものではない。
【０１２９】
また、実施形態３に係る無線通信システムの適用例として、ワイヤレスセンサ付き軸受を備えたモータを例示したが、ワイヤレスセンサ付き軸受を備えた減速機等の回転機械に実施形態３に係る無線通信システムを適用しても良い。実施形態３に係る無線通信システムを適用する回転機械により本開示が限定されるものではない。
【０１３０】
実施形態３の構成により、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７から放射される電波の電力ロス（伝搬損失）を抑制することができる。
【０１３１】
（実施形態４）
図１８Ａ及び図１８Ｂは、実施形態４に係る無線通信システムの適用例を示す図である。本実施形態では、実施形態３と同様に、ワイヤレスセンサ付き軸受を備えたモータにおける無線通信システムの具体的な適用例について説明する。なお、上述した各実施形態で説明した構成と同じ構成部には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【０１３２】
以下、実施形態４に係る無線通信システムにおいて、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７から放射される電波の電力ロス（伝搬損失）を抑制するための構成について説明する。
【０１３３】
第１の無給電中継器６０は、実施形態３の無給電中継器６０に対応する。本実施形態では、ハウジング５１の内部に、第２の無給電中継器８０を設けている。
【０１３４】
第２の無給電中継器８０の受信アンテナ８５、及び、第２の無給電中継器８０の送信アンテナ８１は、例えば、樹脂製のアンテナ基板８４上に設けられたパターンアンテナ又はマイクロストリップパッチアンテナで構成することができる。
【０１３５】
図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、第２の無給電中継器８０の受信アンテナ８５は、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７に対向して配置されている。これにより、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７の放射方向に第２の無給電中継器８０の受信アンテナ８５を配置することができる。
【０１３６】
また、図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、第２の無給電中継器８０の送信アンテナ８１は、第１の無給電中継器６０の受信アンテナ６５に対向して配置されている。これにより、図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、ワイヤレスセンサユニット５からの電波の放射方向と、第１の無給電中継器６０の端子部６２が挿通されるハウジング５１の孔の穿孔方向とが異なっていても、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７から放射される電波の電力ロス（伝搬損失）を抑制することができる。
【０１３７】
また、第２の無給電中継器８０の受信アンテナ８５は、電波の基本波の波長をλとしたとき、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７との距離ｄ１がλ／２π以下となる位置に配置されていることが望ましい。これにより、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７と第２の無給電中継器８０の受信アンテナ８５との間で生じる近傍界の電磁結合作用を利用することができ、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７から放射される電波の電力ロス（伝搬損失）の抑制効果を高めることができる。
【０１３８】
また、第２の無給電中継器８０の送信アンテナ８１と第１の無給電中継器６０の受信アンテナ６５とは、電波の基本波の波長をλとしたとき、互いの距離ｄ２がλ／２π以下となる位置に配置されていることが望ましい。これにより、第２の無給電中継器８０の送信アンテナ８１と第１の無給電中継器６０の受信アンテナ６５との間で生じる近傍界の電磁結合作用を利用することができ、第２の無給電中継器８０の送信アンテナ８１から放射される電波の電力ロス（伝搬損失）の抑制効果を高めることができる。
【０１３９】
なお、アンテナ基板８４は、図１８Ｂに示すように、例えば軸受押さえ部材５５を介してハウジング５１に取り付けることができる。アンテナ基板８４の取付態様により本開示が限定されるものではない。また、第２の無給電中継器８０の受信アンテナ８５と、第２の無給電中継器８０の送信アンテナ８１とは、それぞれ別の基板上に設けられ、各基板が互いに同軸ケーブルで接続される態様であっても良い。
【０１４０】
また、本実施形態では、第１の無給電中継器６０の受信アンテナ６５、及び、第２の無給電中継器８０の受信アンテナ８５として、パターンアンテナ又はマイクロストリップパッチアンテナで構成する例を示したが、これに限るものではない。第１の無給電中継器６０の受信アンテナ６５、及び、第２の無給電中継器８０の受信アンテナ８５の種類により本開示が限定されるものではない。
【０１４１】
また、実施形態４に係る無線通信システムの適用例として、実施形態３と同様に、ワイヤレスセンサ付き軸受を備えたモータを例示したが、ワイヤレスセンサ付き軸受を備えた減速機等の回転機械に実施形態４に係る無線通信システムを適用しても良い。実施形態４に係る無線通信システムを適用する回転機械により本開示が限定されるものではない。
【０１４２】
実施形態４の構成により、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７からから放射される電波の電力ロス（伝搬損失）を抑制することができる。
【０１４３】
（実施形態５）
本実施形態では、ワイヤレスセンサ付き軸受を備えた減速機における無線通信システムの具体的な適用例について説明する。図１９は、ワイヤレスセンサ付き軸受を備えた減速機の内部構成の一例を示す図である。なお、上述した各実施形態で説明した構成と同じ構成部には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【０１４４】
減速機７０は、基本構成として、ハウジング（金属筐体）７１、出力シャフト７４、及び歯車７５を備えている。ハウジング７１は、実施形態２の金属筐体１００２ａに対応する。図１９では、減速機７０を構成する複数の歯車のうち、出力シャフト７４に設けられた歯車７５を１つ記載しているが、歯車の数はこれに限らない。
【０１４５】
歯車７５及び出力シャフト７４は、減速機７０のハウジング７１に対して回転自在に保持される。ワイヤレスセンサ付き軸受１は、減速機７０の回転制御対象１００が機械的に接続される出力シャフト７４の負荷側に設けられている。
【０１４６】
ワイヤレスセンサユニット５は、軸受本体２０の回転軸Ａｘ方向内側に設けられる。ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７は、電波の放射方向を回転軸Ａｘ方向内側に向けて配置されている。
【０１４７】
ここで、例えば、図１９に示す減速機７０に実施形態に係る無線通信システムを適用する場合、ハウジング７１の内部のワイヤレスセンサ付き軸受１が設けられる出力シャフト７４の負荷側の空間Ｂにおいて、無線通信システムの各要素の配置は、ハウジング７１の構造体（例えば、ハウジング５１に設けられるリブ）や歯車により制限される。このため、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７の電波の放射方向（図１６の矢示方向）に無給電中継器を配置することが難しく、電力ロス（伝搬損失）が大きくなる可能性がある。
【０１４８】
図２０Ａ及び図２０Ｂは、実施形態５に係る無線通信システムの適用例を示す図である。図１９と同じ構成部には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【０１４９】
無給電中継器６０は、実施形態２の無給電中継器１００６に対応する。図２０Ａ及び図２０Ｂに示す例において、例えば、実施形態２の図１４の概略縦断面図に示すように、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７の電波の放射方向（回転軸Ａｘ方向内側）の延長線上に無給電中継器６０を設けることができない。このため、図２０Ａ及び図２０Ｂに示す例において、無給電中継器６０は、ハウジング７１の上面に設けられた孔に端子部６２が挿通されている。すなわち、ワイヤレスセンサユニット５からの電波の放射方向と、無給電中継器６０の端子部６２が挿通されるハウジング７１の孔の穿孔方向とが異なっている。
【０１５０】
以下、実施形態５に係る無線通信システムにおいて、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７から放射される電波の電力ロス（伝搬損失）を抑制するための構成について説明する。
【０１５１】
本実施形態では、ハウジング７１の内部のワイヤレスセンサ付き軸受１が設けられる出力シャフト７４の負荷側の空間Ｂに、電波を反射する電波反射体９０を設けている。電波反射体９０は、図２０Ｂに示すように、例えば電波反射体取付部材７５を介してハウジング７１に取り付けることができる。電波反射体９０の取付態様により本開示が限定されるものではない。
【０１５２】
電波反射体９０は、例えば鉄よりも反射損失の度合いが大きい金属であることが望ましい。具体的に、電波反射体９０は、例えば、銅、ニッケル、及びアルミニウムのいずれか１つ、あるいは、これらのいずれかを５０％以上含む合金で構成することができる。
【０１５３】
図２０Ａ及び図２０Ｂに示すように、電波反射体９０は、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７に対向して配置されている。これにより、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７の放射方向に電波反射体９０を配置することができる。
【０１５４】
また、無給電中継器６０の受信アンテナ６５は、電波反射体９０に対向して配置されている。これにより、図２０Ａ及び図２０Ｂに示すように、ワイヤレスセンサユニット５からの電波の放射方向と、無給電中継器６０の端子部６２が挿通されるハウジング７１の孔の穿孔方向とが異なっていても、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７から放射される電波の電力ロス（伝搬損失）を抑制することができる。
【０１５５】
図２１は、自由空間における電波の伝搬損失の一例を示す図である。自由空間における電波の伝搬損失は、電波の基本波の波長をλ、距離をｒとしたとき、２０Ｌｏｇ（４πｒ／λ）［ｄＢｍ］で表せる。この自由空間における電波の伝搬損失は、図１９に示すように、距離ｒが大きくなるほど大きくなる。
【０１５６】
本実施形態において、電波反射体９０は、電波の基本波の波長をλとしたとき、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７との距離Ｄ１が２λ以下となる位置に配置されていることが望ましい。より好ましくは、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７と電波反射体９０との距離Ｄ１がλ以下となる位置に配置する。
【０１５７】
また、本実施形態において、無給電中継器６０の受信アンテナ６５は、電波の基本波の波長をλとしたとき、電波反射体９０との距離Ｄ２が２λ以下となる位置に配置されていることが望ましい。より好ましくは、電波反射体９０と無給電中継器６０の受信アンテナ６５との距離Ｄ２がλ以下となる位置に配置する。
【０１５８】
これにより、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７から放射される電波の電力ロス（伝搬損失）の抑制効果を高めることができる。
【０１５９】
なお、本実施形態では、無給電中継器６０の受信アンテナ６５として、パターンアンテナ又はマイクロストリップパッチアンテナで構成する例を示したが、これに限るものではない。無給電中継器６０の受信アンテナ６５の種類により本開示が限定されるものではない。
【０１６０】
また、無給電中継器６０の受信アンテナ６５は、必ずしも電波反射体９０に対向して配置されていなくても良く、例えば、電波反射体９０により反射されたワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７から放射された電波を受信できる位置に配置されていれば良い。無給電中継器６０の受信アンテナ６５は、感度が良い方向が金属筐体内壁に垂直方向であるほうが良い。電波は金属に当たると反射をするため、金属壁面に平行な方向から電波が入ってきにくい。また、金属壁面平行方向に感度を持つ場合、放射パターン内に金属（筐体内壁）が存在しやすく、性能が大きく低下する。よって、金属筐体内壁に垂直方向に感度を持つことでロスが少なくなる。
【０１６１】
また、実施形態５に係る無線通信システムの適用例として、ワイヤレスセンサ付き軸受を備えた減速機を例示したが、実施形態３及び実施形態４と同様に、ワイヤレスセンサ付き軸受を備えたモータに実施形態５に係る無線通信システムを適用しても良い。実施形態５に係る無線通信システムは、モータや減速機に依らず、金属筐体内にワイヤレスセンサ付き軸受を適用した回転機械に適用することが可能であり、実施形態５に係る無線通信システムを適用する回転機械により本開示が限定されるものではない。また、モータのロータやステータや巻線、減速機の歯車等、回転機械の筐体内の金属部品を電波反射体９０として利用する態様であっても良い。金属筐体または金属筐体内の金属部品を電波反射体９０として利用することで、狭所内であれば余分な部材を取り付けることなく、通信が可能になる。
【０１６２】
実施形態５の構成により、ワイヤレスセンサユニット５のアンテナ（送信アンテナ）４７から無給電中継器６０の送信アンテナ６１に到達するまでの間の電力ロス（伝搬損失）を抑制することができる。
【０１６３】
なお、上述で使用した図は、本開示に関して定性的な説明を行うための概念図であり、これらに限定されるものではない。また、上述の実施形態は本開示の好適な実施の一例ではあるが、これに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【０１６４】
１  ワイヤレスセンサ付き軸受
５  ワイヤレスセンサユニット
１０  カバー
２０  軸受本体
２１  外輪
２２  内輪
４０  基板
４１  電源基板
４２  センサ基板
４３  電源部
４４  センサ
４５  制御部
４７  アンテナ（送信アンテナ）
５０  モータ
５１  ハウジング（金属筐体）
５２  ロータ
５３  ステータ
５４  出力シャフト
５５  軸受押さえ部材
６０  無給電中継器（第１の無給電中継器）
６１  送信アンテナ（無給電中継器、第１の無給電中継器）
６２  端子部
６３  同軸ケーブル
６４  アンテナ基板
６５  受信アンテナ（第２の無給電中継器）
７０  減速機
７１  ハウジング（金属筐体）
７４  出力シャフト
７５  歯車
７５  電波反射体取付部材
８０  第２の無給電中継器
８１  送信アンテナ（第２の無給電中継器）
８４  アンテナ基板
８５  受信アンテナ（第２の無給電中継器）
９０  電波反射体
１００  回転制御対象
１５０  上位装置
１５１  通信部
１５２  コンピュータ
４４１  加速度センサ
４４２  温度センサ
４４３  角度センサ
１００１，１００１ａ  無線通信システム
１００２，１００２ａ  金属筐体（回転機械）
１００３  ワイヤレスセンサ
１００４  受信機
１００５  スリット（スロットアンテナ）
１００６  無給電中継器
１０３１  センサ
１０３２  送信機
１０６１  同軸ケーブル
１０６１ａ，１０６１ｂ  端子（同軸ケーブル）
１０６２  受信アンテナ
１０６３  送信アンテナ
【図１】
2020209206.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020209206.tif 000005
【図４】
2020209206.tif 000006
【図５】
2020209206.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020209206.tif 000009
【図８】
2020209206.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2020209206.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2020209206.tif 000014
【図１３】
2020209206.tif 000015
【図１４】
2020209206.tif 000016
【図１５】
2020209206.tif 000017
【図１６】
2020209206.tif 000018
【図１７Ａ】
2020209206.tif 000019
【図１７Ｂ】
2020209206.tif 000020
【図１８Ａ】
2020209206.tif 000021
【図１８Ｂ】
2020209206.tif 000022
【図１９】
2020209206.tif 000023
【図２０Ａ】
2020209206.tif 000024
【図２０Ｂ】
2020209206.tif 000025
【図２１】
2020209206.tif 000026
【国際調査報告】
2020209206.tif 000027
2020209206.tif 000028
2020209206.tif 000029
2020209206.tif 000030
2020209206.tif 000031
2020209206.tif 000032