專利名稱：無線傳感系統(tǒng)和帶有無線傳感器的軸承裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及以無線方式發(fā)送各種傳感信號，比如，設置于各種機械設備、汽車的車輪用軸承裝置上的轉數(shù)等的檢測信號這樣的無線傳感系統(tǒng)、和采用該系統(tǒng)的車輪用軸承裝置等的帶有無線傳感器的軸承裝置。
背景技術：
在汽車、各種產(chǎn)業(yè)機械等中，通過設置各種傳感器，用于檢測軸承、其它的各部分的旋轉速度、溫度、振動等的各種檢測對象，設備的控制、狀態(tài)管理等的場合。這樣的傳感器的輸出一般以有線方式發(fā)送檢測信號，但是具有難以獲得適合的布線場所的情況。在這樣的場合，采用通過電磁波發(fā)送檢測信號的無線傳感系統(tǒng)。發(fā)送器具有小型電池。
另一方面，在通過旋轉傳感器檢測車輪轉數(shù)，進行車輛的制動控制的ABS(Anti-lock Brake System)中，為了謀求輪胎殼體內(nèi)的傳感器電線的破損造成的事故的防止、組裝成本的降低，人們提出消除車輪與車體之間的導線，將作為旋轉傳感器的檢測信號作為電磁波等而發(fā)送的無線方式(JP特開2002-151090號文獻)。在這種旋轉傳感器的代表實例中，采用多極的旋轉發(fā)電機，同時進行本身發(fā)電的傳感器用電力和發(fā)送器用電力的供給與轉數(shù)檢測，由此，不從車體向旋轉傳感器進行供電，結構緊湊(參照JP特開2002-55113號文獻)。
另外，JP特開2003-146196號文獻涉及在帶有進行無線信號發(fā)送的旋轉傳感器的車輪用軸承中，設置自己診斷電路的發(fā)明，傳感器和無線發(fā)送器的供電以通過同時兼作旋轉傳感器的發(fā)電機而進行的條件為前提，但是，也涉及無線供電。
在JP特開2003-58976號文獻中提出對傳感信號進行數(shù)字化處理，對其進行發(fā)送的方式。電源采用電池或發(fā)電機。
在以上述電池為電源的無線傳感系統(tǒng)中，電池具有壽命，必須對應于消耗更換電池，電池的壽命管理麻煩。還具有伴隨電池處理的環(huán)境的問題。
在進行上述自己發(fā)電的旋轉傳感器中，由于車輪旋轉，首先進行發(fā)電，故雖然按照作為ABS的動作區(qū)域的約10Km/h或以上的速度穩(wěn)定地動作，但是具有在接近停止的超低速的場合，檢測不穩(wěn)定的情況。另外，無法應用于旋轉檢測以外的檢測對象、比如，溫度檢測等的場合。
另外，在無線供電的場合，由于與布線的供電、發(fā)電機相比較效率不好，故為了供電必須發(fā)送較多的電量。但是，在考慮到供電不良，在平時連續(xù)地發(fā)送大電量的場合，具有系統(tǒng)整體的耗電量增加的問題。
像這樣，在無線傳感器系統(tǒng)中，該穩(wěn)定的電源的確保成為問題。
另一方面，在無線傳感系統(tǒng)中，無線發(fā)送的傳感信號容易受到干擾雜波的影響，在系統(tǒng)的可靠性的方面，目前存在一個問題。比如，在JP特開2003-146196號文獻所公開的方案中，雖然為了進行無線供電在平時獲得電源，但是具有上述的傳感信號的干擾的問題。此外，在設置多個無線傳感組件的場合，為了識別各無線傳感組件，針對每個無線傳感組件改變傳感信號發(fā)送頻率，必須要求設置與該頻率相對應的多個接收電路。無線供電用的電磁波為無調(diào)制的電磁波的方式是簡單的。但是，在該場合，為了避免供電用電磁波與傳感信號用的電磁波的無線干擾，必須要求在供電用電磁波和傳感信號用電磁波中使頻率不同，或使偏振面相互不同等的處理。
在JP特開2003-58976號文獻公開的方案中，由于對傳感信號進行數(shù)字化處理，對其進行發(fā)送，故獲得難以受到干擾的影響的優(yōu)點，但是，由于電源采用電池或發(fā)電機，故具有與上述各實例相同的課題。
像這樣，在無線傳感系統(tǒng)中，電源的確保、傳感信號的可靠性成為課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供其難以受到干擾雜波的影響，傳感信號的可靠性提高，并且具有電源系統(tǒng)，輕質、結構緊湊，另外無論何時均可通信的無線傳感系統(tǒng)、以及具有該系統(tǒng)的輕質、結構緊湊的帶有無線傳感器的軸承裝置。
本發(fā)明的另一目的在于提供即使在無線供電不穩(wěn)定的情況下，仍可獲得穩(wěn)定的傳感輸出，并且可謀求省電的無線傳感系統(tǒng)、以及帶有具有它的輕質的、結構緊湊的無線傳感器的軸承裝置。
本發(fā)明的第1方案的無線傳感系統(tǒng)包括對檢測對象進行檢測的傳感部(6A、6B)；傳感信號發(fā)送部(9A、9B)，該傳感信號發(fā)送部(9A、9B)以無線方式發(fā)送該傳感部(6A、6B)所輸出的傳感信號；1個或多個無線傳感組件(4A、4B)，該1個或多個無線傳感組件(4A、4B)分別具有電力接收部(8A、8B)，該電力接收部(8A、8B)以無線方式接收驅動上述傳感部(6A、6B)和傳感信號發(fā)送部(9A、9B)的動作電力；傳感信號接收部(13)，該傳感信號接收部(13)接收從上述傳感信號發(fā)送部(9A、9B)發(fā)送的傳感信號；供電電力發(fā)送部(12)，該供電電力發(fā)送部(12)以無線方式，將動作電力發(fā)送給上述電力接收部(8A、8B)，在上述無線傳感組件(4A、4B)中，設置數(shù)字化處理機構(7)，該數(shù)字化處理機構(7)對上述傳感部(6A、6B)所輸出的傳感信號進行數(shù)字化處理，上述傳感信號發(fā)送部(9A、9B)發(fā)送上述進行了上述數(shù)字化處理的傳感信號。
按照上述方案，由于通過數(shù)字化處理機構(7)，對傳感信號進行數(shù)字化處理、發(fā)送，故難以受到干擾的影響，系統(tǒng)的可靠性提高。另外，由于設置以無線方式接收動作電力的電力接收部(8A、8B)，故不必設置作為傳感部(6A、6B)和傳感信號發(fā)送部(9A、9B)的電源的原電池、發(fā)電機，可緊湊而輕質地構成無線傳感組件(4A、4B)。由于電池交換是不需要的，故維修也容易。另外，與采用發(fā)電機的場合不同，不限于旋轉的場合，隨時均可檢測。
在上述第1方案的無線傳感系統(tǒng)中，也可為下述的方案，即，上述無線傳感組件(4A、4B)為多個，上述傳感信號接收部(13)可接收通過上述多個無線傳感組件(4A、4B)發(fā)送的多個傳感部(6A、6B)的傳感信號。
在該方案的場合，由于可通過1個傳感信號接收部(13)，接收多個無線傳感組件(4A、4B)的傳感信號，故形成無線傳感系統(tǒng)的整體簡單的方案。
在上述第1方案的無線傳感系統(tǒng)中，還可下述的方案，即，上述供電電力發(fā)送部(12)設置于具有上述傳感信號接收部(13)的傳感信號接收器(5)中。
供電電力發(fā)送部(12)和傳感信號接收部(13)也可分別單獨分離地設置，但是，通過集中地設置于一個傳感信號接收器(5)中，系統(tǒng)的方案簡單。
上述第1方案的無線傳感系統(tǒng)也可為下述的方案，即，上述無線傳感組件(4A、4B)為具有作為上述傳感部(6A、6B)的多個傳感器(6a～6c)。該多個傳感器(6a～6c)既可檢測相同種類的檢測對象，也可檢測不同種類的檢測對象。
在該方案的場合，由于可通過1個傳感信號發(fā)送部(9A、9B)發(fā)送多個傳感器(6a～6c)的傳感信號，故可檢測多個檢測對象，同時形成簡單的結構，整體緊湊。
在上述第1方案的無線傳感系統(tǒng)中，構成上述傳感部(6A、6B)的傳感器也可為旋轉傳感器、振動傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、載荷傳感器、轉矩傳感器、以及軸承的預壓傳感器中的至少1個。
在檢測對象為旋轉檢測信號、載荷、轉矩、加速度等的場合，比如，進行設置軸承的設備的旋轉控制、其它的各種的控制。在檢測對象為溫度、振動、軸承的預壓的場合，進行軸承的故障、狀態(tài)管理、壽命管理等。
此外，在上述第1方案的無線傳感系統(tǒng)中，上述傳感部(6A、6B)中的一個具有旋轉傳感器，該旋轉傳感器也可為脈沖環(huán)(17)和按照與該脈沖環(huán)面對的方式設置的磁阻型的磁性傳感器(18)。
由于磁阻元件型的磁性傳感器可通過增加阻值減小耗電量，故對于進行無線供電是有利的。
在此場合，上述旋轉傳感器為發(fā)生脈沖的機構，通過上述數(shù)字化處理機構(7)進行數(shù)字化處理的信號也可為表示上述脈沖的周期的信號。
在旋轉傳感器的輸出為脈沖串的場合，通過對脈沖的周期信號進行數(shù)字化處理而輸出，容易進行傳感信號的數(shù)字化處理。
在上述第1方案中，在上述旋轉傳感器(6A、6B)中的1個為旋轉傳感器的場合，該旋轉傳感器也可為產(chǎn)生相位不同的2個或以上的脈沖的機構。在此場合，通過上述數(shù)字化處理機構(7)進行數(shù)字化處理的信號也可為表示脈沖周期和旋轉方向的信號。
如果進行旋轉方向的檢測，謀求高度的控制，另外，可控制的種類增加。在此場合，由于在周期信號中，添加表示旋轉方向的信號，故可以以較小的比特數(shù)，發(fā)送旋轉速度和方向這兩者。
在上述第1方案中，還可為下述的方案，其中，在像上述那樣，設置多個無線傳感組件(4A、4B)的場合，各無線傳感組件(4A、4B)通過上述傳感信號發(fā)送部(9A、9B)，不但發(fā)送傳感信號，還發(fā)送相應的無線傳感組件(4A、4B)的識別信號。
另外，在無線傳感組件(4A、4B)具有作為傳感部(6A、6B)的多個傳感器的場合，不但發(fā)送傳感信號，還發(fā)送構成傳感部(6A、6B)的相應的傳感器的識別號碼。
由于通過對傳感信號進行數(shù)字化處理，可容易發(fā)送各無線傳感組件(4A、4B)的識別號碼，可通過單一頻率的電磁波，識別多個無線傳感組件(4A、4B)，故系統(tǒng)結構簡單。在相應的無線傳感組件(4A、4B)的傳感部(6A、6B)具有多個傳感器的場合，在附加該傳感器的識別號碼時，容易確實實現(xiàn)相應的傳感器的識別。
在上述第1方案的無線傳感系統(tǒng)中，上述傳感信號發(fā)送部(9A、9B)也可通過頻譜(spectrum)擴散通信發(fā)送傳感信號。
在通過頻譜(spectrum)擴散通信發(fā)送信號的場合，作為無調(diào)制波的連續(xù)波的電力發(fā)送用電磁波的識別容易，系統(tǒng)的可靠性提高。另外，通過頻譜(spectrum)擴散通信發(fā)送傳感信號，由此，傳感信號的發(fā)送和供電可采用同一頻率的電磁波，在天線等采用同一頻率部件，謀求成本的降低。
在上述第1方案的帶有無線傳感系統(tǒng)的軸承裝置中，在軸承上裝載上述第1方案所述的無線傳感系統(tǒng)的無線傳感組件(4A、4B)。上述軸承為比如，外方部件、內(nèi)方部件和介設于該內(nèi)外部件之間的多個滾動體的滾動軸承。
在該方案的場合，通過將傳感部(6A、6B)、傳感信號發(fā)送部(9A、9B)、電力接收部(8A、8B)裝載于軸承上，謀求軸承的智能化處理，另外，謀求布線系統(tǒng)的簡化，形成輕質、緊湊的結構，同時通過設置數(shù)字化處理機構(7)，難以受到干擾的影響，傳感信號的可靠性提高。
在上述第1方案的帶有無線傳感系統(tǒng)的軸承裝置中，構成上述傳感部(6A、6B)的傳感器中的1個也可為軸承的預壓傳感器。在此場合，可監(jiān)視軸承的預壓，快速地進行對軸承壽命等影響較大的預壓的不良的應對處理。
上述第1方案的帶有無線傳感系統(tǒng)的軸承裝置也可為下述的車輪用軸承裝置，其中，上述滾動軸承包括具有多排軌道面的外方部件、具有與上述軌道面面對的軌道面的內(nèi)方部件、介設于面對的兩排軌道面之間的多個滾動體，該車輪軸承裝置以可旋轉的方式將車輪支承于車體上。
在此方案場合，謀求車輪用軸承裝置的智能化處理，另外，消除車輪和車體之間的導線，同時謀求傳感信號的可靠性提高造成的控制的可靠性提高、安全性的提高。
本發(fā)明的第2方案的無線傳感系統(tǒng)包括檢測檢測對象的傳感部(6A、6B)；傳感信號發(fā)送部(9A、9B)，該傳感信號發(fā)送部(9A、9B)以無線方式發(fā)送該傳感部(6A、6B)所輸出的傳感信號；1個或多個無線傳感組件(4A、4B)，該1個或多個無線傳感組件(4A、4B)分別具有電力接收部(8A、8B)，該電力接收部(8A、8B)以無線方式接收驅動上述傳感部(6A、6B)和傳感信號發(fā)送部(9A、9B)的動作電力；傳感信號接收部(13)，該傳感信號接收部(13)接收從上述傳感信號發(fā)送部(9A、9B)發(fā)送的傳感信號；供電電力發(fā)送部(12)，該供電電力發(fā)送部(12)以無線方式將動作電力發(fā)送給上述電力接收部(8A、8B)，在上述無線傳感組件(4A、4B)中，設置蓄電機構(27)，該蓄電機構(27)積蓄上述電力接收部(8A、8B)的接收電力。上述蓄電機構(27)采用電容器、蓄電池。傳感信號和動作電力的發(fā)送接收除了為電磁波以外，也可為采用磁耦合、光波、紅外線、超聲波等的發(fā)送接收，可以無線方式進行發(fā)送接收。
按照該方案，由于設置以無線方式接收動作電力的電力接收部(8A、8B)，故不必設置作為傳感部(6A、6B)和傳感信號發(fā)送部(9A、9B)的電源的原電池、發(fā)電機，可緊湊而輕質地構成無線傳感組件(4A、4B)。由于無需電池的更換，故也容易維修。另外，由于設置積蓄電力接收部(8A、8B)的接收電力的電容器或蓄電池等的蓄電機構(27)，故在平時，在蓄電機構(27)中積蓄通過電力接收部(8A、8B)接收的剩余電力，在無線供電不穩(wěn)定時，可將積蓄于該電容器或蓄電池中的電力用于傳感部(6A、6B)、傳感信號發(fā)送部(9A、9B)的驅動。由此，不必針對無線供電的不穩(wěn)定，在平時發(fā)送大電量，可減少無線傳感系統(tǒng)的耗電量。在蓄電機構(27)采用電容器的場合，采用具有可消除這樣的無線供電的不穩(wěn)定的程度的容量的電容器。即使在采用蓄電池的情況下，由于為對無線供電的不穩(wěn)定進行補償?shù)某潭鹊男铍娙萘康男铍姵乇阕銐?，故與采用原電池的場合相比較，整體尺寸減小，重量輕，另外，也無需更換電池。
上述第2方案的帶有無線傳感器的軸承裝置為下述的帶有傳感器的軸承裝置，其中，在滾動軸承上裝載上述第2方案的無線傳感系統(tǒng)，該滾動軸承具有內(nèi)方部件、外方部件和介設于內(nèi)外部件之間的多個滾動體，積蓄上述電力接收部(8A、8B)的接收電力的電容器或蓄電池等的蓄電機構(27)設置于上述滾動軸承上。
在該方案場合，通過在軸承上裝載傳感部(6A、6B)、傳感信號發(fā)送部(9A、9B)和電力接收部(8A、8B)，謀求軸承的智能化處理，另外，謀求布線系統(tǒng)的簡化，形成重量輕、緊湊的結構，同時，通過設置上述電容器或蓄電池等的蓄電機構(27)，可確保穩(wěn)定的電源，可減小無線供電的耗電量。
在上述第2方案的帶有無線傳感器的軸承裝置中，上述傳感器也可檢測作為上述檢測對象的，滾動軸承的旋轉、溫度、振動、加速度、載荷、轉矩、以及軸承預壓中的至少1種的檢測對象。
在檢測對象為旋轉檢測信號、加速度、載荷、轉矩等的場合，進行設置軸承的設備的旋轉控制、其它的各種控制。在檢測對象為溫度、振動、軸承的預壓的場合，進行軸承的故障、狀況管理、壽命管理等。
另外，上述第2方案的帶有無線傳感器的軸承裝置也可為下述的車輪用軸承裝置，其中，上述滾動軸承包括具有多排軌道面的外方部件、具有與上述軌道面面對的軌道面的內(nèi)方部件、介設于面對的兩排軌道面之間的多個滾動體，該車輪軸承裝置以可旋轉的方式將車輪支承于車體上。
在該方案的場合，謀求車輪用軸承裝置的智能化處理，另外消除車輪和車體之間的導線，同時，穩(wěn)定地向傳感部(6A、6B)、傳感信號發(fā)送部(9A、9B)供電，謀求控制的穩(wěn)定，另外，無線供電的耗電量也較小。


根據(jù)參照附圖的以下的優(yōu)選實施例的說明，會清楚地理解本發(fā)明。但是，實施例和附圖是單純的圖示和說明用的，其不應用于確定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由后附的權利要求確定。在附圖中，多個附圖中的同一部件的標號表示同一部分。
圖1為表示本發(fā)明的第1實施例的無線傳感系統(tǒng)的構思方案的方框圖；圖2為該數(shù)字化處理機構的內(nèi)部結構實例的方框圖；圖3(A)為上述無線傳感系統(tǒng)中的傳感部的旋轉傳感器的實例的說明圖，圖3(B)為輸出脈沖的波形圖，圖3(C)為數(shù)字化處理機構的變形實例的內(nèi)部結構實例的方框圖；圖4為表示采用上述無線傳感系統(tǒng)的軸承裝置的實例的縱向剖視圖；圖5為表示采用上述無線傳感系統(tǒng)的車輪用軸承裝置的一個實例的縱向剖視圖；圖6為表示采用上述無線傳感系統(tǒng)的車輪用軸承裝置的還一實例的縱向剖視圖；圖7為表示采用上述無線傳感系統(tǒng)的車輪用軸承裝置的又一實例的剖視圖；圖8為表示本發(fā)明的第2實施例的無線傳感系統(tǒng)的構思方案的方框圖。
具體實施例方式
根據(jù)圖1，對本發(fā)明的第1實施例的無線傳感系統(tǒng)進行描述。該無線傳感系統(tǒng)包括多個無線傳感組件4A、4B；傳感信號接收器5，該傳感信號接收器5以無線方式向該多個無線傳感組件4A、4B進行供電，并且接收各傳感信號。無線傳感組件的個數(shù)沒有特別的限制，既可為1個，也可為3個或以上，而圖1表示2個的場合。
各無線傳感組件4A、4B包括分別對檢測對象進行檢測的傳感部6A、6B；數(shù)字化處理機構7，該數(shù)字化處理機構7將該傳感部6A、6B所輸出的傳感信號變換為數(shù)字信號；傳感信號發(fā)送部9A、9B，該傳感信號發(fā)送部9A、9B以無線方式發(fā)送進行了上述數(shù)字化處理的傳感信號；接收以無線方式發(fā)送的驅動電力的電力接收部8A、8B；電源電路10。
傳感部6A、6B即可分別由一個傳感器構成，也可分別具有多個傳感器。構成傳感部6A、6B的傳感器比如為旋轉傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器、振動傳感器、載荷傳感器、轉矩傳感器、檢測軸承的預壓的預壓傳感器等。
電源電路10為將通過電力接收部8A、8B接收的電力供給傳感部6A、6B、數(shù)字化處理機構7、向傳感信號發(fā)送部9A、9B供給電力的電路。電源電路10也可具有積蓄接收電力的電容器、蓄電池、它們的充電電路(均在圖中未示出)。
傳感信號接收器5包括傳感信號接收部13，該傳感信號接收部13接收從各無線傳感組件4A、4B的傳感信號發(fā)送部9A、9B發(fā)送的傳感信號；供電電力發(fā)送部12，該供電電力發(fā)送部12以無線方式將動作電力發(fā)送給無線傳感組件4A、4B的電力接收部8A、8B。
傳感信號發(fā)送部9A、9B和傳感信號接收部13之間、以及供電電力發(fā)送部12和動作電力接收部8A、8B之間的發(fā)送接收既可通過電磁波進行，也可通過光波、紅外線、超聲波進行，還可通過磁耦合方式進行。
供電電力發(fā)送部12比如，通過作為無調(diào)制波的連續(xù)波的電磁波進行。動作電力接收部8A、8B在通過電磁波進行無線供電的場合，由同步電路、檢波整流電路等構成。
進行無線發(fā)送的傳感信號和供電電力的頻率比如，為相互不同的頻率，按照多個設置的各傳感信號也為相互不同的頻率。在這里，供電電力的頻率由f1表示，各傳感信號的頻率由f2、f3表示。傳感信號和供電電力的頻率也可為相同的頻率，在此場合，像后述的那樣，通過頻譜(spectrum)擴散通信，發(fā)送傳感信號。
數(shù)字化處理機構7比如，像圖2那樣，具有數(shù)據(jù)切換器7a、數(shù)據(jù)變換部7b、信號處理部7c。數(shù)據(jù)切換器7a在傳感部6A(6B)中具有多個傳感器6a、6b、6c的場合設置，切換從各傳感器6a、6b、6c輸入的數(shù)據(jù)，將其傳遞給數(shù)據(jù)變換部7b。在該圖的實例中，按照多個設置的各傳感器6a～6c分別為旋轉傳感器、溫度傳感器、振動傳感器。數(shù)據(jù)切換器7a的切換比如，通過計時器定期地進行，或者對應于適當?shù)那袚Q指令而進行。
數(shù)據(jù)切換部7b將已輸入的模擬信號變換為數(shù)字信號。
信號處理部7c在相對共用的傳感信號接收部13(圖1)，設置多個無線傳感組件4A、4B的場合，附加針對各無線傳感組件4A、4B的識別號碼。在無線傳感組件為1個的場合，無需識別號碼。另外，信號處理部7c在上述無線傳感組件4A、4B內(nèi)的傳感部6A、6B具有多個傳感器6a～6c的場合，附加識別各傳感器6a～6c的識別號碼。這些無線傳感組件識別號碼和傳感器識別號碼附加于所發(fā)送的傳感信號中。信號處理部7c還可附加糾錯符號等的冗長比特。
將通過該數(shù)字化處理機構7進行數(shù)字化處理的信號從傳感信號發(fā)送部9A、9B，按照規(guī)定的頻率f1、f2的電磁波等進行無線發(fā)送。該發(fā)送像上述那樣，除了為電磁波以外，也可通過光波、紅外線、超聲波或磁耦合的方式進行。
傳感信號發(fā)送部9A、9B的發(fā)送比如，通過頻譜(spectrum)擴散通信進行。該方式采用頻率跳動方式、直接擴散方式等。
傳感信號發(fā)送部9A、9B也可分時地，針對每個無線傳感組件4A、4B而依次發(fā)送。另外，也可將數(shù)據(jù)通信的請求指令從設置于傳感信號接收器5中的通信請求發(fā)送部(圖中未示出)輸出給無線傳感組件4A、4B，接收了該指令的無線傳感組件4A、4B發(fā)送傳感信號。在像這樣，分時、請求指令的場合，即使在從各無線傳感組件4A、4B發(fā)送的頻率相同的情況下，仍可在沒有無線干擾的情況下進行通信。此外，如果各無線傳感組件4A、4B附加上述識別號碼對其發(fā)送，則可識別多個無線傳感組件4A、4B的信號。
由于頻譜(spectrum)擴散通信的干擾、干涉較強，故即使在采用作為無調(diào)制波的連續(xù)波的電力發(fā)送用電磁波相同的頻帶的電波的情況下，仍可確保充分的可靠性。通過采用同一頻帶的電磁波，可在電力接收部8A、8B和傳感信號發(fā)送部9A、9B中，針對天線等的部件，采用同一高頻部件，這樣，可降低部件成本。
另外，也可為下述的方案，其中，在各無線傳感組件4A、4B中，確定傳感信號發(fā)送用電磁波的頻率，傳感信號接收器5的傳感信號接收部13具有與各無線傳感組件4A、4B的固有頻率相對應的各自的接收部(圖中未示出)。
傳感信號發(fā)送部9A、9B也可為下述的形式，其中，通過對傳送波進行ASK(Amplitude Shift Keying)、FSK(Frequency ShiftKeying)、PSK(Phase Shift Keying)、或QPSK(Quadrature PSK)等的數(shù)字調(diào)制的方式進行傳感信號的發(fā)送。
如果采用該方案的無線傳感系統(tǒng)，由于在各無線傳感組件4A、4B中，以無線方式供給驅動電力，故不必設置作為傳感部6A、6B、傳感信號發(fā)送部9A、9B的電源的原電池、發(fā)電機，可緊湊而輕質地構成無線傳感組件4A、4B。由于無需更換電池，故也容易維修。另外，與發(fā)電不同，在平時可進行通信。
另外，由于通過數(shù)字化處理機構7對傳感信號進行數(shù)字化處理，對其進行發(fā)送，難以受到干擾的影響，系統(tǒng)的可靠性提高。由于通過對傳感信號進行數(shù)字化處理，可容易發(fā)送各無線傳感組件4A、4B的識別號碼，可通過單一頻率的電磁波，識別多個無線傳感組件4A、4B，故系統(tǒng)組成簡單。在相應的無線傳感組件4A、4B的傳感部6具有多個傳感器6a～6c的場合，在附加該傳感器6a～6c的識別號碼時，也容易識別傳感器6a～6c。
在通過頻譜(spectrum)擴散方式，發(fā)送進行了數(shù)字化處理的傳感信號的場合，容易識別作為無調(diào)制波的連續(xù)波的電力發(fā)送用電磁波，系統(tǒng)的可靠性提高。另外，通過頻譜(spectrum)擴散方式發(fā)送傳感信號，由此，傳感信號的發(fā)送和供電可采用同一頻帶的電波，通過部件的共用謀求成本的降低。
下面根據(jù)圖4，對帶有采用第1實施例的無線傳感系統(tǒng)的無線傳感器的軸承裝置的一個實例進行描述。在多個軸承51、52上分別裝載無線傳感組件4A、4B，1個傳感信號接收器5以無線方式，在各無線傳感組件4A、4B中，進行供電和傳感信號的接收處理。上述多個滾動軸承51、52設置于機械設備53的各部分上。機械設備53為比如，輥式輸送機、帶式輸送機等的輸送線，構成運送輥或帶式驅動輥等的軸的旋轉軸59以可旋轉的方式支承于上述軸承51、52上。該軸承51、52為滾動軸承，在內(nèi)圈54和外圈55之間，介設有滾動體56，設置密封件58。各滾動體56通過保持器57保持。上述內(nèi)圈54和外圈55分別構成技術方案中所述的內(nèi)方部件和外方部件。傳感信號接收器5設置于與軸承51、52離開的位置。
設置于各軸承51、52上的無線傳感組件4A、4B中的1個無線傳感組件4A的傳感部6A為旋轉傳感器，設置于另一軸承52上的無線傳感組件4B的傳感部6B為檢測旋轉以外的檢測對象的傳感器，比如，為溫度傳感器、振動傳感器、加速度傳感器、載荷傳感器、轉矩傳感器、軸承的預壓傳感器等。通過安裝這些傳感器，檢測軸承51、52的狀態(tài)，可用于軸承51、52的故障診斷、工廠線監(jiān)視等。
對各無線傳感組件4A、4B附加識別號碼，在附加該識別號碼后，進行信號發(fā)送。在各無線傳感組件4A、4B的傳感部6A、6B中，具有多個傳感器的場合，附加各傳感器的識別號碼，發(fā)送傳感信號。
構成旋轉傳感器的傳感部6A由脈沖環(huán)17、按照與其相對的方式安裝的磁性傳感器18構成。該脈沖環(huán)17為沿圓周方向磁極并排，多極磁化的磁鐵、或設置齒輪狀的凹凸部的磁性體環(huán)等，沿周向具有周期性的變化。磁性傳感器18檢測脈沖環(huán)17的周向的周期性的磁性變化，檢測內(nèi)圈54和外圈55的相對旋轉，輸出旋轉信號。該旋轉信號為脈沖串，通過數(shù)字化處理機構7(圖1)，對該脈沖串的周期數(shù)據(jù)進行數(shù)字化處理，對其發(fā)送。磁性傳感器18為磁場傳感器，除了磁阻元件型傳感器(稱為“MR傳感器”)以外，也可采用霍爾元件型傳感器、磁通量閘門型磁性傳感器、MI傳感器等的有源磁性傳感器。
磁性傳感器18也可在比如，像圖3(A)所示的那樣，相對脈沖環(huán)17的周向的磁性變化的周期，相位基本相差90°時，設置于2個部位，檢測旋轉方向，除了周期數(shù)據(jù)以外，發(fā)送旋轉方向數(shù)據(jù)。在此場合，像該圖3(B)那樣，相位基本相差90°的2個脈沖串(A相、B相)的旋轉信號從各磁性傳感器18、18分別輸出。旋轉方向的檢測，比如像圖3(C)所示的那樣，按照通過設置于數(shù)字化處理機構7上的旋轉方向檢測部7d，對上述2個脈沖串的旋轉信號進行比較的方式進行。根據(jù)上述脈沖串，獲得周期T的數(shù)據(jù)的處理通過比如，數(shù)據(jù)變換部7b而進行。對該周期數(shù)據(jù)，進行通過信號處理部7c混合上述旋轉方向數(shù)據(jù)的處理。
最好，上述磁性傳感器18為磁阻元件型。對于該磁阻元件型傳感器，通過增加阻值，可減小耗電量，對于進行無線供電是有利的。
如果采用該帶有無線傳感器的軸承裝置，則通過傳感部6A、6B，謀求軸承51、52的智能化處理，另外，通過傳感信號和供電的無線處理，謀求布線系統(tǒng)的簡化。此外，由于對傳感信號進行數(shù)字化處理，對其進行發(fā)送，故難以受到干擾的影響，系統(tǒng)的可靠性提高。
圖5表示第1實施例的無線傳感系統(tǒng)用于汽車的車輪用軸承裝置的實施例。該車輪用軸承裝置33包括具有多排軌道面的外方部件1、具有與上述軌道面面對軌道面的內(nèi)方部件2、介設于面對的兩排軌道面之間的多個滾動體3，該車輪用軸承裝置33以可旋轉的方式將車輪支承于車體上。本圖的車輪用軸承裝置33為第4代，內(nèi)方部件2由輪轂圈2A和等速接頭15的外圈15a構成，在該輪轂圈2A和等速接頭的外圈15a上，形成內(nèi)方部件2側的各排軌道面。
在該車輪用軸承裝置33的外方部件1上，設置1個無線傳感組件4A。圖1中的另一無線傳感組件4B既可省略，也可獨立于車輪用軸承裝置33，比如，為了檢測輪胎空氣壓力而設置于車輪上。
無線傳感組件4A包括作為傳感部6A構成的一個傳感器的旋轉傳感器6Aa。該旋轉傳感器6Aa由脈沖環(huán)17、按照與其相對的方式安裝的磁性傳感器18構成。該脈沖環(huán)17為沿圓周方向磁極并排、多極磁化的磁鐵、或設置齒輪狀的凹凸部的磁性體環(huán)等，沿周向具有周期性的變化。磁性傳感器18檢測脈沖環(huán)17的周向的周期性的磁性變化，檢測內(nèi)方部件2和外方部件1的相對旋轉，輸出旋轉信號。該旋轉信號為脈沖串，對脈沖的周期數(shù)據(jù)進行數(shù)字化處理，對其發(fā)送。磁性傳感器18為磁場傳感器，除了磁阻元件型傳感器以外，也可采用霍爾元件型傳感器、磁通量閘門型磁性傳感器、MI傳感器等的有源磁性傳感器。磁性傳感器18也可在相對脈沖環(huán)17的周向的磁性變化的周期，相位基本相差90°時，設置于2個部位檢測旋轉方向，除了周期數(shù)據(jù)以外，發(fā)送旋轉方向數(shù)據(jù)。
無線傳感組件4A是通過將電路箱部24和傳感器設置部23形成一體，構成組件的方式形成的，電路箱部24設置于外方部件1的外面。傳感器設置部23通過設置于外方部件1上的徑向的孔，面對軸承內(nèi)空間。在電路箱部24的內(nèi)部，設置由圖1的電力接收部8A、傳感信號發(fā)送部9A構成的通信功能部、數(shù)字化處理機構7、電源電路10，在傳感器設置部23中，設置磁性傳感器18。在傳感器設置部23中，設置作為構成上述傳感部6A的其它的傳感器的檢測旋轉以外的其它的信息的傳感器22。該傳感器22比如，為溫度傳感器、振動傳感器、載荷傳感器、預壓傳感器等。
傳感信號接收器5安裝于車體側。比如，其安裝于車體的輪胎殼體的內(nèi)部等處。通過該傳感信號接收器5接收的傳感信號傳送給控制設置于車體上的車體整體的電氣控制組件(ECU)，用于各種控制、異常監(jiān)視等的場合。
由于旋轉傳感器6Aa通過脈沖環(huán)17和磁性傳感器18檢測旋轉，通過無線方式供電，故其可檢測旋轉，直至0速度，可用于防抱死制動(antilock braking)系統(tǒng)、牽引控制等，可謀求汽車的高度控制。通過檢測旋轉方向，可用于汽車坡路停止防滑控制，比如，與上升動作時的后退檢測、其相反的檢測相對應的控制等的場合。
通過另一傳感器22，還進行載荷傳感器、溫度傳感器等的旋轉以外的檢測，由此，可進行軸承的智能化處理，可用于軸承的故障診斷、各種汽車控制。
在像這樣，用于車輪用軸承裝置33的場合，謀求該車輪用軸承裝置33的智能化處理，另外，通過同時采用傳感信號的無線發(fā)送和無線供電，則消除車輪和車體之間的導線，同時通過傳感信號的數(shù)字化處理，進行可靠性較高的汽車控制。
圖6為表示第1實施例的無線傳感系統(tǒng)用于另一形式的車輪用軸承裝置33的實例。該車輪用軸承裝置33為第3代，內(nèi)方部件2由輪轂圈2A、與其一端的外周嵌合的內(nèi)圈2B構成，在輪轂圈2A和內(nèi)圈2B的外周，形成內(nèi)方部件2側的各排軌道面。通過將設置于外圈15a上的軸部插入輪轂圈2A的內(nèi)部，等速接頭15通過螺母與輪轂圈2A連接。
無線傳感組件4A安裝于外方部件1的端部。無線傳感組件4A的傳感部6A由旋轉傳感器6Aa構成，具有安裝于內(nèi)方部件2上的脈沖環(huán)17、按照與該脈沖環(huán)17相對的方式設置的磁性傳感器18。脈沖環(huán)17由多極磁鐵等構成。脈沖環(huán)17設置于對外方部件1和內(nèi)方部件2之間的軸承空間進行密封的密封的組成部件上。磁性傳感器18采用磁阻型傳感器或霍爾元件型傳感器等。其它的結構與圖3所示的實例相同。
圖7表示將第1實施例的無線傳感系統(tǒng)用于還一形式的車輪用軸承裝置33上的實例。該車輪用軸承裝置33為第3代的從動輪用的軸承。在本實例中，在覆蓋軸承端部的蓋25上安裝無線傳感組件4A。該無線傳感組件4A包括作為傳感部6A的，由脈沖環(huán)17和磁性傳感器18構成的旋轉傳感器6Aa。具有磁性傳感器18的傳感部6A的前端插入開設于蓋25中的孔中，電路箱24設置于蓋25的外面上。本實施例的其它的結構與圖6所示的實例相同。內(nèi)圈2B通過將輪轂圈2A的端部斂縫而形成的斂縫部100，與輪轂圈2A連接。
圖8為本發(fā)明的第2實施例的無線傳感系統(tǒng)。第2實施例的無線傳感系統(tǒng)未設置第1實施例的數(shù)字化處理機構7。另外，代替第1實施例的電源電路10，設置具有接收以無線方式發(fā)送的驅動電力的電力接收部8A、8B的電源部20。其它的結構與第1實施例相同。
電源部20為將電力接收部8A、8B的接收電力供給傳感部6A、6B和傳感信號發(fā)送部9A、9B的機構，其包括已接收的電力中的，積蓄剩余電力的蓄電機構27、對蓄電機構27進行充電的充電電路21。蓄電機構27為電容器或蓄電池。在采用電容器的場合，最好，可積蓄對無線供電的不穩(wěn)定進行補償?shù)某潭鹊拇箅娏俊ｋ娏邮詹?A、8B在通過電磁波進行無線供電的場合，由同步電路、檢波整流電路等構成。
如果采用該結構的無線傳感系統(tǒng)，由于設置積蓄電力接收部8A、8B的接收電力的蓄電機構27，故在平時，即，在無線供電的穩(wěn)定時，通過電力接收部8A、8B接收的剩余電力積蓄于積蓄機構27中，在無線供電的不穩(wěn)定時，積蓄于積蓄機構7中的電力用于傳感部6A、6B、傳感信號發(fā)送部9A、9B的驅動。由此，不必針對無線供電的不穩(wěn)定，從供電發(fā)送部12，在平時發(fā)送大電量，可減少無線傳感系統(tǒng)的耗電量。另外，由于相對多個無線傳感組件4A、4B，從共用的傳感信號接收器5進行無線的供電和無線傳感信號的接收，故形成無線傳感系統(tǒng)的整體簡單的方案。
可將第2實施例的無線傳感系統(tǒng)用于上述的圖4的軸承，形成帶有無線傳感器的軸承裝置。
如果采用該帶有無線傳感器的軸承裝置，通過傳感部6A、6B謀求軸承51、52的智能化處理，另外，通過傳感信號和供電的無線處理，謀求布線系統(tǒng)的簡化，同時，通過設置電容器、蓄電池等的蓄電機構27，可確保穩(wěn)定的電源。由此，不必針對無線供電的不良的場合，在平時發(fā)送大電量，可減小無線傳感系統(tǒng)的耗電量。
另外，可將第2實施例的無線傳感系統(tǒng)用于上述的圖5的車輪用軸承，形成帶有無線傳感器的車輪軸承裝置。
在像這樣，用于車輪用軸承裝置33的場合，謀求車輪用軸承裝置33的智能化處理，另外，一邊消除車輪和車體之間的導線，一邊像圖8那樣，設置蓄電機構27，由此，可穩(wěn)定地將向傳感部6A、傳感信號發(fā)送部9A供電，謀求控制的穩(wěn)定，而且，無線供電的耗電量小。即，不必針對無線供電的不穩(wěn)定的場合，在平時發(fā)送大電量，可減小無線傳感系統(tǒng)的耗電量。其結果是，燃料費用隨之提高。
此外，可將第2實施例的無線傳感系統(tǒng)用于上述圖6和圖7的車輪用軸承，帶有無線傳感器的車輪軸承裝置。
本發(fā)明可在車輪用軸承裝置、各種產(chǎn)業(yè)機械、工業(yè)機械、運送機械等中，用于各部分的軸承、其它的部位的檢測對象的無線檢測。
權利要求
1.一種無線傳感系統(tǒng)，該無線傳感系統(tǒng)包括對檢測對象進行檢測的傳感部；傳感信號發(fā)送部，該傳感信號發(fā)送部以無線方式發(fā)送該傳感部所輸出的傳感信號；1個或多個無線傳感組件，該1個或多個無線傳感組件分別具有電力接收部，該電力接收部以無線方式接收驅動上述傳感部和傳感信號發(fā)送部的動作電力；傳感信號接收部，該傳感信號接收部接收從上述傳感信號發(fā)送部發(fā)送的傳感信號；供電電力發(fā)送部，該供電電力發(fā)送部以無線方式，將動作電力發(fā)送給上述電力接收部，在上述無線傳感組件中設置數(shù)字化處理機構，該數(shù)字化處理機構對上述傳感部所輸出的傳感信號進行數(shù)字化處理，上述傳感信號發(fā)送部發(fā)送上述進行了數(shù)字化處理的傳感信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感系統(tǒng)，其特征在于上述無線傳感組件為多個，上述傳感信號接收部可接收通過上述多個無線傳感組件發(fā)送的多個傳感部的傳感信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感系統(tǒng)，其特征在于上述供電電力發(fā)送部設置于具有上述傳感信號接收部的傳感信號接收器中。
4.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感系統(tǒng)，其特征在于上述無線傳感組件具有構成上述傳感部的多個傳感器。
5.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感系統(tǒng)，其特征在于構成上述傳感部的傳感器為旋轉傳感器、加速度傳感器、振動傳感器、溫度傳感器、載荷傳感器、轉矩傳感器、軸承的預壓傳感器中的至少1個。
6.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感系統(tǒng)，其特征在于上述傳感部中的一個具有旋轉傳感器，該旋轉傳感器為脈沖環(huán)和按照與該脈沖環(huán)相對的方式設置的磁阻型的磁性傳感器。
7.根據(jù)權利要求6所述的無線傳感系統(tǒng)，其特征在于上述旋轉傳感器為發(fā)送脈沖的機構，通過上述數(shù)字化處理機構進行數(shù)字化處理的信號為表示上述脈沖的周期的信號。
8.根據(jù)權利要求6所述的無線傳感系統(tǒng)，其特征在于上述旋轉傳感器為產(chǎn)生相位不同的2個或以上的脈沖的機構，通過上述數(shù)字化處理機構進行數(shù)字化處理的信號為表示脈沖周期和旋轉方向的信號。
9.根據(jù)權利要求2所述的無線傳感系統(tǒng)，其特征在于各無線傳感組件通過上述傳感信號發(fā)送部，不但發(fā)送傳感信號，還發(fā)送相應的無線傳感組件的識別信號。
10.根據(jù)權利要求4所述的無線傳感系統(tǒng)，其特征在于無線傳感組件不但發(fā)送傳感信號，還發(fā)送構成傳感部的相應的傳感器的識別號碼。
11.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感系統(tǒng)，其特征在于上述傳感信號發(fā)送部通過頻譜擴散通信，發(fā)送傳感信號。
12.一種帶有無線傳感系統(tǒng)的軸承裝置，在該帶有無線傳感系統(tǒng)的軸承裝置中，在軸承上裝載權利要求1所述的無線傳感系統(tǒng)的無線傳感組件。
13.根據(jù)權利要求12所述的帶有無線傳感系統(tǒng)的軸承裝置，其特征在于構成上述傳感部的傳感器的一個為軸承的預壓傳感器。
14.根據(jù)權利要求12所述的帶有無線傳感系統(tǒng)的軸承裝置，其特征在于該軸承裝置為車輪用軸承裝置，其中，上述滾動軸承為包括具有多排軌道面的外方部件、具有與上述軌道面面對的軌道面的內(nèi)方部件、介設于面對的兩排軌道面之間的多個滾動體，該車輪軸承裝置以可旋轉的方式將車輪支承于車體上。
15.一種無線傳感系統(tǒng)，該無線傳感系統(tǒng)包括對檢測對象進行檢測的傳感部；傳感信號發(fā)送部，該傳感信號發(fā)送部以無線方式發(fā)送該傳感部所輸出的傳感信號；1個或多個無線傳感組件，該1個或多個無線傳感組件分別具有電力接收部，該電力接收部以無線方式接收驅動上述傳感部和傳感信號發(fā)送部的動作電力；傳感信號接收部，該傳感信號接收部接收從上述傳感信號發(fā)送部發(fā)送的傳感信號；供電電力發(fā)送部，該供電電力發(fā)送部以無線方式，將動作電力發(fā)送給上述電力接收部，在上述無線傳感組件中，設置電容器或蓄電池等的蓄電機構，該蓄電機構積蓄上述電力接收部的接收電力。
16.一種帶有無線傳感器的軸承裝置，該帶有無線傳感器的軸承裝置在滾動軸承上，裝載權利要求15所述的無線傳感系統(tǒng)，該滾動軸承具有內(nèi)方部件、外方部件和介設于內(nèi)外部件之間的多個滾動體，積蓄上述電力接收部的接收電力的電容器或蓄電池等的蓄電機構設置于上述滾動軸承上。
17.根據(jù)權利要求16所述的帶有無線傳感器的軸承裝置，其特征在于上述傳感器檢測作為上述檢測對象的滾動軸承的旋轉、溫度、振動、加速度、載荷、轉矩、軸承預壓中的至少1種的檢測對象。
18.根據(jù)權利要求16所述的帶有無線傳感器的軸承裝置，其特征在于其為車輪用軸承裝置，上述滾動軸承包括具有多排軌道面的外方部件、具有與上述軌道面面對的軌道面的內(nèi)方部件、介設于面對的兩排軌道面之間的多個滾動體，該車輪軸承裝置以可旋轉的方式將車輪支承于車體上。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于提供其難以受到干擾雜波的影響，傳感信號的可靠性提高，并且具有電源系統(tǒng)，輕質、結構緊湊，另外無論何時均可通信的無線傳感系統(tǒng)、及具有該系統(tǒng)的輕質、結構緊湊的帶有無線傳感器的軸承裝置。該無線傳感系統(tǒng)包括無線傳感組件(4A、4B)和傳感信號接收器(5)。無線傳感組件(4A、4B)分別包括對檢測對象進行檢測的傳感部(6A、6B)、對該傳感信號進行數(shù)字化處理的數(shù)字化處理機構(7)、傳感信號發(fā)送部(9A、9B)。
文檔編號F16C19/06GK1853207SQ200480026968
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月14日 優(yōu)先權日2003年9月19日
發(fā)明者岡田浩一, 水谷政敏, 佐佐木紀彥 申請人:Ntn株式會社