(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の振動、温度、回転数などを検出するための回転体状態検出装置であって、
円板状の内蓋、
その内周面の一部が前記内蓋の外周面に対向させて配置される外蓋、
前記内蓋と前記外蓋の間に挿嵌された軸受、
前記内蓋および前記外蓋のうちのいずれか一方に設けられた磁石と他方に設けられたコイルとを含み、前記内蓋と前記外蓋の回転速度の差に応じた電力を生成する発電機、
前記発電機によって生成された電力によって駆動され、前記回転体の振動、温度、回転数などを検出する検出手段、および
前記内蓋の中心軸が前記回転体の中心軸と一致するようにして前記内蓋を前記回転体に着脱自在に取付ける取付部材を備える、回転体状態検出装置。
【請求項２】
さらに、前記外蓋に設けられ、前記外蓋の回転を防止するための所定の重量を有する錘部材を備える、請求項１に記載の回転体状態検出装置。
【請求項３】
さらに、前記発電機によって生成された電力によって駆動され、前記検出手段の検出結果を送信するための送信手段を備える、請求項１または請求項２に記載の回転体状態検出装置。
【請求項４】
さらに、前記発電機によって生成された電力によって駆動され、前記検出手段の検出結果を表示するための表示手段を備える、請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転体状態検出装置。
【請求項５】
前記取付部材は、前記内蓋の一方端面に固定され、前記内蓋を前記回転体に取付けるための永久磁石を含む、請求項１から請求項４のいずれかに記載の回転体状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は回転体状態検出装置に関し、特に、回転体に取付けられ、回転体の振動、温度、回転数などを検出するための回転体状態検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車産業や鉄鋼産業の分野では、回転部の状態（振動、温度、回転数、トルクなど）を検出するため、種々の検出装置が用いられている。
【０００３】
図１４は、回転軸５０の振動を検出するための振動検出装置の構成を示すブロック図である。図１４において、この振動検出装置は、回転軸５０の端部に外挿されて固定された４つのスリップリング５１〜５４と、回転軸５０の端部に取付けられた検出器５５と、配線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１１，Ｌ１２およびスリップリング５１，５２を介して検出器５５に接続された電源５６と、配線Ｌ３，Ｌ４，Ｌ１３，Ｌ１４およびスリップリング５３，５４を介して検出器５５に接続された表示装置５７とを備える。
【０００４】
電源５６から配線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１１，Ｌ１２およびスリップリング５１，５２を介して検出器５５に電源電圧が供給される。検出器５５は、振動センサと、その出力信号を増幅するためのアンプとを含む。アンプの出力信号は、配線Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ３，Ｌ４およびスリップリング５３，５４を介して表示装置５７に与えられる。表示装置５７には、回転軸５０の振動状態がアナログ表示またはデジタル表示される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の振動検出装置では、スリップリング５１〜５４や配線Ｌ１〜Ｌ４，Ｌ１１〜Ｌ１４を用いていたので、ノイズが大きく信頼性が低いという問題があった。また、スリップリング５１〜５４および配線Ｌ１〜Ｌ４，Ｌ１１〜Ｌ１４によって占められるスペースが大きいという問題もあった。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、信頼性が高くコンパクトな回転体状態検出装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、回転体の振動、温度、回転数などを検出するための回転体状態検出装置であって、円板状の内蓋と、その内周面の一部が内蓋の外周面に対向させて配置される外蓋と、内蓋と外蓋の間に挿嵌された軸受と、内蓋および外蓋のうちのいずれか一方に設けられた磁石と他方に設けられたコイルとを含み、内蓋と外蓋の回転速度の差に応じた電力を生成する発電機と、発電機によって生成された電力によって駆動され、回転体の振動、温度、回転数などを検出する検出手段と、内蓋の中心軸が回転体の中心軸と一致するようにして内蓋を回転体に着脱自在に取付ける取付部材を備えたものである。
【０００８】
請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明に、外蓋に設けられ、外蓋の回転を防止するための所定の重量を有する錘部材がさらに設けられる。
【０００９】
請求項３に係る発明では、請求項１または２に係る発明に、発電機によって生成された電力によって駆動され、検出手段の検出結果を送信するための送信手段がさらに設けられる。
【００１０】
請求項４に係る発明では、請求項１から３のいずれかに係る発明に、発電機によって生成された電力によって駆動され、検出手段の検出結果を表示するための表示手段がさらに設けられる。
【００１１】
請求項５に係る発明では、請求項１から４のいずれかに係る発明の取付部材は、内蓋の一方端面に固定され、内蓋を回転体に取付けるための永久磁石を含む。
【００１２】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による振動検出装置の構成を示すブロック図である。図１において、この振動検出装置は、回転軸５０の端面に取付けられた検出器１と、検出器１から出射された光信号を受信する受信機２と、受信機２の出力信号に従って回転軸５０の振動状態を表示する表示装置３とを備える。
【００１３】
図２（ａ）（ｂ）は検出器１の構成を示す断面図であり、特に、同図（ａ）は同図（ｂ）のＢ−Ｂ′線断面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。図２（ａ）（ｂ）において、検出器１は、その中心軸が回転軸５０の中心軸と一致するようにしてその一方端面が回転軸５０の端面に固定された円板状の内蓋５と、その内周面が内蓋５の外周面に対向して配置されたコップ状の外蓋６と、外蓋６の内周面の一部に設けられた錘７と、内蓋５の外周面と外蓋６の内周面との間に挿嵌された軸受８とを含む。
【００１４】
内蓋５は、回転軸５０とともに回転する。軸受８は、内蓋５の回転運動が外蓋６に伝達されるのを防止する。軸受８は、玉軸受、コロ軸受、滑り軸受の他、どのような軸受でもよい。錘７は、軸受８を介し僅かに伝達される回転トルクを打ち消して、外蓋６が回転するのを防止する。
【００１５】
また検出器１は、アニュラセンサ型発電機９、圧電型振動センサ１２、回路ユニット１３、および発光素子１７を含む。発電機９は、内蓋５の外周面に設けられたアニュラセンサ用コイル１０と、コイル１０に対向して外蓋６の内周面に設けられた複数の永久磁石１１とを含む。コイル１０は、コの字型の歯状の端面を有する。複数の永久磁石１１は、コイル１０に対向する方の磁極が交互にＮ極およびＳ極になるようにして所定のピッチで配置される。
【００１６】
永久磁石１１によって固定磁界が形成され、その固定磁界中をコイル１０が移動することによりコイル１０内に磁束変化が生じ、これにより回転軸５０の回転速度に応じた交流電圧Ｖ９がコイル１０に発生する。
【００１７】
圧電型振動センサ１２は、内蓋５の他方端面に設けられ、内蓋５を介して回転軸５０の振動を検出し、検出結果に応じたレベルの電気信号を出力する。
【００１８】
回路ユニット１３は、電源回路１４、処理回路１５および送信回路１６を含む。電源回路１４は、図３に示すように、整流器２０、平滑器２１、蓄電器２２、および安定器２３を含む。整流器２０は、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、発電機９の出力電圧Ｖ９を全波整流する。平滑器２１は、コンデンサおよびコイルを含み、整流器２０の出力電圧Ｖ２０を平滑化して直流電圧Ｖ２１を生成する。蓄電器２２は、平滑器２１の出力端子に接続される。蓄電器２２は、発電機９の出力電圧Ｖ９は回転軸５０の回転速度によって変動するので、回転軸５０の回転速度によらず一定電圧を供給するための充放電回路を含む。安定器２３は、平滑器２１および蓄電器２２の出力電圧を受け、電圧変動のない一定の直流電圧Ｖ１３を出力する。直流電圧Ｖ１３は、回路ユニット１３全体に与えられる。
【００１９】
処理回路１５は、図５に示すように、センサアンプ２５、基本信号除去回路２６、絶対値回路２７、および比較回路２８を含む。センサアンプ２５は、センサ１２の出力を増幅して、後処理を容易にする。基本信号除去回路２６は、センサアンプ２５の出力信号から基本正弦波成分を除去し、異常振動成分のみを絶対値回路２７に与える。絶対値回路２７は、基本信号除去回路２６から与えられた振動信号の振幅（絶対値）を検出する。比較回路２８は、予め定められたしきい値と振動信号の振幅値とを比較し、振動信号の振幅値がしきい値よりも小さい期間は振動が正常であることを示す「Ｌ」レベルの信号を出力し、振動信号の振幅値がしきい値よりも大きい期間は振動が異常であることを示す「Ｈ」レベルの信号を出力する。
【００２０】
送信回路１６は、比較回路２８の出力信号に従って搬送波を変調し、被変調波によって発光素子１７を駆動する。発光素子１７は、たとえば半導体レーザまたはＬＥＤであり、図２に示すように、検出器１の中心軸に設けられる。外蓋６の中央部に貫通孔６ａが開口されており、発光素子１７はその貫通孔６ａに挿入される。回転軸５０の中心軸と検出器１の中心軸は一致しているので、回転軸５０が回転しても発光素子１７の位置は変化しない。発光素子１７から出射された光信号は、受信機２に与えられる。
【００２１】
受信機２は、図５に示すように、受光素子２９と受信回路３０を含む。受光素子２９は、発光素子１７からの光信号を電気信号に変換して受信回路３０に与える。受信回路３０は、受光素子２９から与えられた電気信号を復調して表示装置３に与える。表示装置３は、受信回路３０から与えられた信号に従って、回転軸５０の振動が正常か否かをアナログ表示またはデジタル表示する。
【００２２】
次に、この振動検出装置の動作について説明する。回転軸５０が回転駆動されると、検出器１の内蓋５も回転駆動される。内蓋５と外蓋６の間には軸受８が設けられており、また外蓋６の一部には錘７が設けられているので、外蓋６は回転しない。これにより、発電機９の磁石１１で生成された固定磁界中をコイル１０が移動することとなり、発電機９によって交流電圧Ｖ９が生成される。コイル電圧Ｖ９は、電源回路１４によって整流および平滑化されて直流電圧Ｖ１３に変換される。この直流電圧Ｖ１３は、電源電圧として回路ユニット１３全体に与えられる。
【００２３】
振動センサ１２の出力は処理回路１５に与えられ、処理回路１５によって回転軸５０の振動が正常か否かが判定される。送信回路１６は、処理回路１５の判定結果に従って発光素子１７を駆動する。発光素子１７から出射された光信号は、受信機２に与えられる。光信号は、受信機２によって復調されて表示装置３に与えられ、回転軸５０の振動が正常か否かが表示装置３に表示される。
【００２４】
この実施の形態では、内蓋５を回転軸５０の端面に固定して内蓋５を回転軸５０とともに回転させる一方、内蓋５と外蓋６の間に軸受８を設けるとともに外蓋６に錘を設けて外蓋６の回転を防止し、内蓋５と外蓋６の回転速度の差を利用して電源電圧を生成する。したがって、従来のように外部電源５６から検出器５５に電源電圧を供給するための配線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１１，Ｌ１２およびスリップリング５１，５２は不要となる。また、センサ１２の検出結果を検出器１から受信機２へ光信号で送信するので、従来のように検出器５５から表示装置５７へ検出結果を伝達するための配線Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ３，Ｌ４およびスリップリング５３，５４も不要となる。したがって、配線Ｌ１〜Ｌ４，Ｌ１１〜Ｌ１４およびスリップリング５１〜５４に起因するノイズがなくなり、また、検出装置によって占められるスペースも小さくて済む。
【００２５】
なお、この発明は、回転部を備えたすべてのものに適用可能である。たとえば、回転軸を備えた製造装置、自動車の足まわり回転部（ホィール、ハブ、ジョイント、プロペラシャフト、デフなど）、圧延ローラに適用可能である。
【００２６】
また、この実施の形態では、回転軸５０の振動を検出したが、これに限るものではなく、この発明は回転軸５０の温度、回転数、トルクなどの検出にも適用可能であることはいうまでもない。ただし、センサ１２は、検出対象に応じたものと交換する必要がある。
【００２７】
以下、この実施の形態１の変更例について説明する。図６の変更例では、発光素子１７が送信用のアンテナ３１で置換される。ただし、この場合は、受信機２には受光素子２９の代わりに受信用のアンテナを設ける必要がある。
【００２８】
図７の変更例では、図２の発光素子１７は、固定部材３２を介して外蓋６の貫通孔６ａに固定される。回路ユニット１３にスリップリング３３が固定され、送信回路１６の出力信号がスリップリング３３を介して発光素子１７に与えられる。
【００２９】
図８の変更例では、図６のアンテナ３１は、固定部材３４を介して外蓋６の貫通孔６ａに固定される。回路ユニット１３にスリップリング３３が固定され、送信回路１６の出力信号はスリップリング３３を介してアンテナ３１に与えられる。
【００３０】
図９の変更例では、図２の内蓋５の一方端面（センサ１２と反対側の端面）に、内蓋５を回転軸５０の端面に取付けられるための円板状の永久磁石３５が固定される。この場合は、本装置の回転軸５０への取付および取外しが容易になる。
【００３１】
図１０（ａ）（ｂ）の変更例では、外蓋６が円板部材６ｂと円筒部材６ｃに分割され、円板部材６ｂは支持部材３６を介して回路ユニット１３に固定される。円板部材６ｂの外側表面に円板部材６ｂの中心から外周面に向かって複数のＬＥＤ３７が１列に配置される。送信回路１６は、回転軸５０の回転に同期して複数のＬＥＤ３７の各々を個別に駆動し、回転軸５０の振動状態を残像現象を利用して文字表示する。この場合は、検出器自体が回転軸５０の振動状態を文字表示するので、受信機２および表示装置３は不要となる。
【００３２】
［実施の形態２］
図１１（ａ）（ｂ）は、この発明の実施の形態２による振動検出装置の検出器４１の構成を示す断面図であり、特に、同図（ａ）は同図（ｂ）のＥ−Ｅ′線断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＤ−Ｄ′線断面図である。
【００３３】
図１１（ａ）（ｂ）を参照して、この検出器４１が図２の検出器１と異なる点は、回路ユニット１３が外蓋６に固定され、発光素子１７が固定部材３２を介して外蓋６の貫通孔６ａに固定され、発電機９が発電機４３で置換され、スリップリング４２が新たに設けられている点である。
【００３４】
スリップリング４２は、内蓋５の他方端面に形成された凹部の内周面に固定される。振動センサ１２は、スリップリング４２を介して処理回路１５に接続される。発電機４３は、内蓋５の外周面に設けられた複数の磁石４４と、磁石４４に対向して外蓋６の内周面に設けられたコイル４５とを含む。複数の磁石４４は、コイル４５に対向する方の磁極が交互にＮ極およびＳ極になるようにして所定のピッチで配置される。コイル４５は、コの字型の歯状の端面を有する。コイル４５は、電源回路１４に接続される。
【００３５】
次に、この振動検出装置の動作について説明する。回転軸５０が回転駆動されると、検出器４１の内蓋５も回転駆動される。錘７および軸受８により、外蓋６の回転が防止される。これにより、発電機４３の磁石４４で生成された磁界中をコイル４５が相対的に移動することとなり、発電機４３によって交流電圧が生成される。コイル電圧は電源回路１４によって直流電圧に変換されて回路ユニット１３全体に供給される。
【００３６】
振動センサ１２の出力はスリップリング４２を介して処理回路１５に与えられ、処理回路１５によって回転軸５０の振動が正常か否かが判定される。送信回路１６は、処理回路１５の判定結果に従って発光素子１７を駆動する。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰返さない。
【００３７】
この実施の形態２でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。
なお、図１２に示すように、発光素子１７をアンテナ３１で置換してもよいし、図１３に示すように検出器を回転軸５０の端面に取付けるための円板状の永久磁石３５を内蓋５に固定してもよい。
【００３８】
なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る発明では、円板状の内蓋と、円筒部材を含む外蓋と、内蓋と円筒部材の間に挿嵌された軸受と、内蓋および外蓋のうちの一方に設けられた磁石と他方に設けられたコイルとを含む発電機と、発電機で生成された電力で駆動され、回転体の振動などを検出する検出手段と、内蓋を回転体に着脱自在に取付ける取付部材とが設けられる。したがって、外部から電源電圧を供給する必要がないので、配線およびスリップリングが少なくて済む。よって、配線およびスリップリングに起因するノイズを低減化でき、信頼性の向上を図ることができる。また、配線およびスリップリングによって占められていたスペースの縮小化を図ることができる。
【００４０】
請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明の外蓋に、外蓋の回転を防止するための所定の重量を有する錘部材がさらに設けられる。この場合は、外蓋の回転が確実に防止される。
【００４１】
請求項３に係る発明では、請求項１または２に係る発明に、発電機によって生成された電力によって駆動され、検出手段の検出結果を送信するための送信手段がさらに設けられる。この場合は、検出手段の検出結果を取出すための配線およびスリップリングも不要となり、信頼性の一層の向上およびスペースの一層の縮小化を図ることができる。
【００４２】
請求項４に係る発明では、請求項１から３のいずれかに係る発明に、発電機によって生成された電力によって駆動され、検出手段の検出結果を表示するための表示手段がさらに設けられる。この場合も、検出手段の検出結果を取出すための配線およびスリップリングも不要となり、信頼性の一層の向上およびスペースの一層の縮小化を図ることができる。
【００４３】
請求項５に係る発明では、請求項１から４のいずれかに係る発明の取付部材は、内蓋の一方端面に固定され、内蓋を回転体に取付けるための永久磁石を含む。この場合は、検出装置の回転体への着脱が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の実施の形態１による振動検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した検出器の構成を示す断面図であって、図２（ａ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ′線断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【図３】図２に示した電源回路の構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示した電源回路の動作を示すタイムチャートである。
【図５】図１に示した振動検出回路の構成を詳細に示すブロック図である。
【図６】実施の形態１の変更例を示す断面図である。
【図７】実施の形態１の他の変更例を示す断面図である。
【図８】実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図である。
【図９】実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図である。
【図１０】実施の形態１のさらに他の変更例を示す図であって、図１０（ａ）は検出器の正面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＣ−Ｃ′線断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による振動検出装置の検出器の構成を示す断面図であって、図１１（ａ）は図１１（ｂ）のＥ−Ｅ′線断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＤ−Ｄ′線断面図である。
【図１２】実施の形態２の変更例を示す断面図である。
【図１３】実施の形態２の他の変更例を示す断面図である。
【図１４】従来の振動検出装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  検出器
２  受信機
３  表示装置
５  内蓋
６  外蓋
７  錘
８  軸受
９，４３  発電機
１０，４５  コイル
１１，３５，４４  永久磁石
１２  振動センサ
１３  回路ユニット
１４  電源回路
１５  処理回路
１６  送信回路
１７  発光素子
３１  アンテナ
３３，４２  スリップリング
３７  ＬＥＤ
５０  回転軸
【図１】
0003786799.tif 000002
【図２】
0003786799.tif 000003
【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】
0003786799.tif 000014
【図１４】
0003786799.tif 000015