CN100428285C - 无线传感系统和带有无线传感器的轴承装置 - Google Patents

无线传感系统和带有无线传感器的轴承装置 Download PDF

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Abstract

本发明的课题在于提供其难以受到干扰杂波的影响，传感信号的可靠性提高，并且具有电源系统，轻质、结构紧凑，另外无论何时均可通信的无线传感系统、及具有该系统的轻质、结构紧凑的带有无线传感器的轴承装置。该无线传感系统包括无线传感组件(4A、4B)和传感信号接收器(5)。无线传感组件(4A、4B)分别包括对检测对象进行检测的传感部(6A、6B)、对该传感信号进行数字化处理的数字化处理机构(7)、传感信号发送部(9A、9B)。

Description

无线传感系统和带有无线传感器的轴承装置
技术领域
本发明涉及以无线方式发送各种传感信号，比如，设置于各种机械设备、汽车的车轮用轴承装置上的转数等的检测信号这样的无线传感系统、和采用该系统的车轮用轴承装置等的带有无线传感器的轴承装置。
背景技术
在汽车、各种产业机械等中，通过设置各种传感器，用于检测轴承、其它的各部分的旋转速度、温度、振动等的各种检测对象，设备的控制、状态管理等的场合。这样的传感器的输出一般以有线方式发送检测信号，但是具有难以获得适合的布线场所的情况。在这样的场合，采用通过电磁波发送检测信号的无线传感系统。发送器具有小型电池。
另一方面，在通过旋转传感器检测车轮转数，进行车辆的制动控制的ABS(Anti-lock Brake System)中，为了谋求轮胎壳体内的传感器电线的破损造成的事故的防止、组装成本的降低，人们提出消除车轮与车体之间的导线，将作为旋转传感器的检测信号作为电磁波等而发送的无线方式(JP特开2002-151090号文献)。在这种旋转传感器的代表实例中，采用多极的旋转发电机，同时进行本身发电的传感器用电力和发送器用电力的供给与转数检测，由此，不从车体向旋转传感器进行供电，结构紧凑(参照JP特开2002-55113号文献)。
另外，JP特开2003-146196号文献涉及在带有进行无线信号发送的旋转传感器的车轮用轴承中，设置自己诊断电路的发明，传感器和无线发送器的供电以通过同时兼作旋转传感器的发电机而进行的条件为前提，但是，也涉及无线供电。
在JP特开2003-58976号文献中提出对传感信号进行数字化处理，对其进行发送的方式。电源采用电池或发电机。
在以上述电池为电源的无线传感系统中，电池具有寿命，必须对应于消耗更换电池，电池的寿命管理麻烦。还具有伴随电池处理的环境的问题。
在进行上述自己发电的旋转传感器中，由于车轮旋转，首先进行发电，故虽然按照作为ABS的动作区域的约10Km/h或以上的速度稳定地动作，但是具有在接近停止的超低速的场合，检测不稳定的情况。另外，无法应用于旋转检测以外的检测对象、比如，温度检测等的场合。
另外，在无线供电的场合，由于与布线的供电、发电机相比较效率不好，故为了供电必须发送较多的电量。但是，在考虑到供电不良，在平时连续地发送大电量的场合，具有系统整体的耗电量增加的问题。
像这样，在无线传感器系统中，该稳定的电源的确保成为问题。
另一方面，在无线传感系统中，无线发送的传感信号容易受到干扰杂波的影响，在系统的可靠性的方面，目前存在一个问题。比如，在JP特开2003-146196号文献所公开的方案中，虽然为了进行无线供电在平时获得电源，但是具有上述的传感信号的干扰的问题。此外，在设置多个无线传感组件的场合，为了识别各无线传感组件，针对每个无线传感组件改变传感信号发送频率，必须要求设置与该频率相对应的多个接收电路。无线供电用的电磁波为无调制的电磁波的方式是简单的。但是，在该场合，为了避免供电用电磁波与传感信号用的电磁波的无线干扰，必须要求在供电用电磁波和传感信号用电磁波中使频率不同，或使偏振面相互不同等的处理。
在JP特开2003-58976号文献公开的方案中，由于对传感信号进行数字化处理，对其进行发送，故获得难以受到干扰的影响的优点，但是，由于电源采用电池或发电机，故具有与上述各实例相同的课题。
像这样，在无线传感系统中，电源的确保、传感信号的可靠性成为课题。
发明内容
本发明的目的在于提供其难以受到干扰杂波的影响，传感信号的可靠性提高，并且具有电源系统，轻质、结构紧凑，另外无论何时均可通信的无线传感系统、以及具有该系统的轻质、结构紧凑的带有无线传感器的轴承装置。
本发明的另一目的在于提供即使在无线供电不稳定的情况下，仍可获得稳定的传感输出，并且可谋求省电的无线传感系统、以及带有具有它的轻质的、结构紧凑的无线传感器的轴承装置。
本发明的第1方案的无线传感系统包括对检测对象进行检测的传感部(6A、6B)；传感信号发送部(9A、9B)，该传感信号发送部(9A、9B)以无线方式发送该传感部(6A、6B)所输出的传感信号；1个或多个无线传感组件(4A、4B)，该1个或多个无线传感组件(4A、4B)分别具有电力接收部(8A、8B)，该电力接收部(8A、8B)以无线方式接收驱动上述传感部(6A、6B)和传感信号发送部(9A、9B)的动作电力；传感信号接收部(13)，该传感信号接收部(13)接收从上述传感信号发送部(9A、9B)发送的传感信号；供电电力发送部(12)，该供电电力发送部(12)以无线方式，将动作电力发送给上述电力接收部(8A、8B)，在上述无线传感组件(4A、4B)中，设置数字化处理机构(7)，该数字化处理机构(7)对上述传感部(6A、6B)所输出的传感信号进行数字化处理，上述传感信号发送部(9A、9B)发送上述进行了上述数字化处理的传感信号。
按照上述方案，由于通过数字化处理机构(7)，对传感信号进行数字化处理、发送，故难以受到干扰的影响，系统的可靠性提高。另外，由于设置以无线方式接收动作电力的电力接收部(8A、8B)，故不必设置作为传感部(6A、6B)和传感信号发送部(9A、9B)的电源的原电池、发电机，可紧凑而轻质地构成无线传感组件(4A、4B)。由于电池交换是不需要的，故维修也容易。另外，与采用发电机的场合不同，不限于旋转的场合，随时均可检测。
在上述第1方案的无线传感系统中，也可为下述的方案，即，上述无线传感组件(4A、4B)为多个，上述传感信号接收部(13)可接收通过上述多个无线传感组件(4A、4B)发送的多个传感部(6A、6B)的传感信号。
在该方案的场合，由于可通过1个传感信号接收部(13)，接收多个无线传感组件(4A、4B)的传感信号，故形成无线传感系统的整体简单的方案。
在上述第1方案的无线传感系统中，还可下述的方案，即，上述供电电力发送部(12)设置于具有上述传感信号接收部(13)的传感信号接收器(5)中。
供电电力发送部(12)和传感信号接收部(13)也可分别单独分离地设置，但是，通过集中地设置于一个传感信号接收器(5)中，系统的方案简单。
上述第1方案的无线传感系统也可为下述的方案，即，上述无线传感组件(4A、4B)为具有作为上述传感部(6A、6B)的多个传感器(6a～6c)。该多个传感器(6a～6c)既可检测相同种类的检测对象，也可检测不同种类的检测对象。
在该方案的场合，由于可通过1个传感信号发送部(9A、9B)发送多个传感器(6a～6c)的传感信号，故可检测多个检测对象，同时形成简单的结构，整体紧凑。
在上述第1方案的无线传感系统中，构成上述传感部(6A、6B)的传感器也可为旋转传感器、振动传感器、温度传感器、加速度传感器、载荷传感器、转矩传感器、以及轴承的预压传感器中的至少1个。
在检测对象为旋转检测信号、载荷、转矩、加速度等的场合，比如，进行设置轴承的设备的旋转控制、其它的各种的控制。在检测对象为温度、振动、轴承的预压的场合，进行轴承的故障、状态管理、寿命管理等。
此外，在上述第1方案的无线传感系统中，上述传感部(6A、6B)中的一个具有旋转传感器，该旋转传感器也可为脉冲环(17)和按照与该脉冲环面对的方式设置的磁阻型的磁性传感器(18)。
由于磁阻元件型的磁性传感器可通过增加阻值减小耗电量，故对于进行无线供电是有利的。
在此场合，上述旋转传感器为发生脉冲的机构，通过上述数字化处理机构(7)进行数字化处理的信号也可为表示上述脉冲的周期的信号。
在旋转传感器的输出为脉冲串的场合，通过对脉冲的周期信号进行数字化处理而输出，容易进行传感信号的数字化处理。
在上述第1方案中，在上述旋转传感器(6A、6B)中的1个为旋转传感器的场合，该旋转传感器也可为产生相位不同的2个或以上的脉冲的机构。在此场合，通过上述数字化处理机构(7)进行数字化处理的信号也可为表示脉冲周期和旋转方向的信号。
如果进行旋转方向的检测，谋求高度的控制，另外，可控制的种类增加。在此场合，由于在周期信号中，添加表示旋转方向的信号，故可以以较小的比特数，发送旋转速度和方向这两者。
在上述第1方案中，还可为下述的方案，其中，在像上述那样，设置多个无线传感组件(4A、4B)的场合，各无线传感组件(4A、4B)通过上述传感信号发送部(9A、9B)，不但发送传感信号，还发送相应的无线传感组件(4A、4B)的识别信号。
另外，在无线传感组件(4A、4B)具有作为传感部(6A、6B)的多个传感器的场合，不但发送传感信号，还发送构成传感部(6A、6B)的相应的传感器的识别号码。
由于通过对传感信号进行数字化处理，可容易发送各无线传感组件(4A、4B)的识别号码，可通过单一频率的电磁波，识别多个无线传感组件(4A、4B)，故系统结构简单。在相应的无线传感组件(4A、4B)的传感部(6A、6B)具有多个传感器的场合，在附加该传感器的识别号码时，容易确实实现相应的传感器的识别。
在上述第1方案的无线传感系统中，上述传感信号发送部(9A、9B)也可通过频谱(spectrum)扩散通信发送传感信号。
在通过频谱(spectrum)扩散通信发送信号的场合，作为无调制波的连续波的电力发送用电磁波的识别容易，系统的可靠性提高。另外，通过频谱(spectrum)扩散通信发送传感信号，由此，传感信号的发送和供电可采用同一频率的电磁波，在天线等采用同一频率部件，谋求成本的降低。
在上述第1方案的带有无线传感系统的轴承装置中，在轴承上装载上述第1方案所述的无线传感系统的无线传感组件(4A、4B)。上述轴承为比如，外方部件、内方部件和介设于该内外部件之间的多个滚动体的滚动轴承。
在该方案的场合，通过将传感部(6A、6B)、传感信号发送部(9A、9B)、电力接收部(8A、8B)装载于轴承上，谋求轴承的智能化处理，另外，谋求布线系统的简化，形成轻质、紧凑的结构，同时通过设置数字化处理机构(7)，难以受到干扰的影响，传感信号的可靠性提高。
在上述第1方案的带有无线传感系统的轴承装置中，构成上述传感部(6A、6B)的传感器中的1个也可为轴承的预压传感器。在此场合，可监视轴承的预压，快速地进行对轴承寿命等影响较大的预压的不良的应对处理。
上述第1方案的带有无线传感系统的轴承装置也可为下述的车轮用轴承装置，其中，上述滚动轴承包括具有多排轨道面的外方部件、具有与上述轨道面面对的轨道面的内方部件、介设于面对的两排轨道面之间的多个滚动体，该车轮轴承装置以可旋转的方式将车轮支承于车体上。
在此方案场合，谋求车轮用轴承装置的智能化处理，另外，消除车轮和车体之间的导线，同时谋求传感信号的可靠性提高造成的控制的可靠性提高、安全性的提高。
本发明的第2方案的无线传感系统包括检测检测对象的传感部(6A、6B)；传感信号发送部(9A、9B)，该传感信号发送部(9A、9B)以无线方式发送该传感部(6A、6B)所输出的传感信号；1个或多个无线传感组件(4A、4B)，该1个或多个无线传感组件(4A、4B)分别具有电力接收部(8A、8B)，该电力接收部(8A、8B)以无线方式接收驱动上述传感部(6A、6B)和传感信号发送部(9A、9B)的动作电力；传感信号接收部(13)，该传感信号接收部(13)接收从上述传感信号发送部(9A、9B)发送的传感信号；供电电力发送部(12)，该供电电力发送部(12)以无线方式将动作电力发送给上述电力接收部(8A、8B)，在上述无线传感组件(4A、4B)中，设置蓄电机构(27)，该蓄电机构(27)积蓄上述电力接收部(8A、8B)的接收电力。上述蓄电机构(27)采用电容器、蓄电池。传感信号和动作电力的发送接收除了为电磁波以外，也可为采用磁耦合、光波、红外线、超声波等的发送接收，可以无线方式进行发送接收。
按照该方案，由于设置以无线方式接收动作电力的电力接收部(8A、8B)，故不必设置作为传感部(6A、6B)和传感信号发送部(9A、9B)的电源的原电池、发电机，可紧凑而轻质地构成无线传感组件(4A、4B)。由于无需电池的更换，故也容易维修。另外，由于设置积蓄电力接收部(8A、8B)的接收电力的电容器或蓄电池等的蓄电机构(27)，故在平时，在蓄电机构(27)中积蓄通过电力接收部(8A、8B)接收的剩余电力，在无线供电不稳定时，可将积蓄于该电容器或蓄电池中的电力用于传感部(6A、6B)、传感信号发送部(9A、9B)的驱动。由此，不必针对无线供电的不稳定，在平时发送大电量，可减少无线传感系统的耗电量。在蓄电机构(27)采用电容器的场合，采用具有可消除这样的无线供电的不稳定的程度的容量的电容器。即使在采用蓄电池的情况下，由于为对无线供电的不稳定进行补偿的程度的蓄电容量的蓄电池便足够，故与采用原电池的场合相比较，整体尺寸减小，重量轻，另外，也无需更换电池。
上述第2方案的带有无线传感器的轴承装置为下述的带有传感器的轴承装置，其中，在滚动轴承上装载上述第2方案的无线传感系统，该滚动轴承具有内方部件、外方部件和介设于内外部件之间的多个滚动体，积蓄上述电力接收部(8A、8B)的接收电力的电容器或蓄电池等的蓄电机构(27)设置于上述滚动轴承上。
在该方案场合，通过在轴承上装载传感部(6A、6B)、传感信号发送部(9A、9B)和电力接收部(8A、8B)，谋求轴承的智能化处理，另外，谋求布线系统的简化，形成重量轻、紧凑的结构，同时，通过设置上述电容器或蓄电池等的蓄电机构(27)，可确保稳定的电源，可减小无线供电的耗电量。
在上述第2方案的带有无线传感器的轴承装置中，上述传感器也可检测作为上述检测对象的，滚动轴承的旋转、温度、振动、加速度、载荷、转矩、以及轴承预压中的至少1种的检测对象。
在检测对象为旋转检测信号、加速度、载荷、转矩等的场合，进行设置轴承的设备的旋转控制、其它的各种控制。在检测对象为温度、振动、轴承的预压的场合，进行轴承的故障、状况管理、寿命管理等。
另外，上述第2方案的带有无线传感器的轴承装置也可为下述的车轮用轴承装置，其中，上述滚动轴承包括具有多排轨道面的外方部件、具有与上述轨道面面对的轨道面的内方部件、介设于面对的两排轨道面之间的多个滚动体，该车轮轴承装置以可旋转的方式将车轮支承于车体上。
在该方案的场合，谋求车轮用轴承装置的智能化处理，另外消除车轮和车体之间的导线，同时，稳定地向传感部(6A、6B)、传感信号发送部(9A、9B)供电，谋求控制的稳定，另外，无线供电的耗电量也较小。
附图说明
根据参照附图的以下的优选实施例的说明，会清楚地理解本发明。但是，实施例和附图是单纯的图示和说明用的，其不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由后附的权利要求确定。在附图中，多个附图中的同一部件的标号表示同一部分。
图1为表示本发明的第1实施例的无线传感系统的构思方案的方框图；
图2为该数字化处理机构的内部结构实例的方框图；
图3(A)为上述无线传感系统中的传感部的旋转传感器的实例的说明图，图3(B)为输出脉冲的波形图，图3(C)为数字化处理机构的变形实例的内部结构实例的方框图；
图4为表示采用上述无线传感系统的轴承装置的实例的纵向剖视图；
图5为表示采用上述无线传感系统的车轮用轴承装置的一个实例的纵向剖视图；
图6为表示采用上述无线传感系统的车轮用轴承装置的还一实例的纵向剖视图；
图7为表示采用上述无线传感系统的车轮用轴承装置的又一实例的剖视图；
图8为表示本发明的第2实施例的无线传感系统的构思方案的方框图。
具体实施方式
根据图1，对本发明的第1实施例的无线传感系统进行描述。该无线传感系统包括多个无线传感组件4A、4B；传感信号接收器5，该传感信号接收器5以无线方式向该多个无线传感组件4A、4B进行供电，并且接收各传感信号。无线传感组件的个数没有特别的限制，既可为1个，也可为3个或以上，而图1表示2个的场合。
各无线传感组件4A、4B包括分别对检测对象进行检测的传感部6A、6B；数字化处理机构7，该数字化处理机构7将该传感部6A、6B所输出的传感信号变换为数字信号；传感信号发送部9A、9B，该传感信号发送部9A、9B以无线方式发送进行了上述数字化处理的传感信号；接收以无线方式发送的驱动电力的电力接收部8A、8B；电源电路10。
传感部6A、6B即可分别由一个传感器构成，也可分别具有多个传感器。构成传感部6A、6B的传感器比如为旋转传感器、加速度传感器、温度传感器、振动传感器、载荷传感器、转矩传感器、检测轴承的预压的预压传感器等。
电源电路10为将通过电力接收部8A、8B接收的电力供给传感部6A、6B、数字化处理机构7、向传感信号发送部9A、9B供给电力的电路。电源电路10也可具有积蓄接收电力的电容器、蓄电池、它们的充电电路(均在图中未示出)。
传感信号接收器5包括传感信号接收部13，该传感信号接收部13接收从各无线传感组件4A、4B的传感信号发送部9A、9B发送的传感信号；供电电力发送部12，该供电电力发送部12以无线方式将动作电力发送给无线传感组件4A、4B的电力接收部8A、8B。
传感信号发送部9A、9B和传感信号接收部13之间、以及供电电力发送部12和动作电力接收部8A、8B之间的发送接收既可通过电磁波进行，也可通过光波、红外线、超声波进行，还可通过磁耦合方式进行。
供电电力发送部12比如，通过作为无调制波的连续波的电磁波进行。动作电力接收部8A、8B在通过电磁波进行无线供电的场合，由同步电路、检波整流电路等构成。
进行无线发送的传感信号和供电电力的频率比如，为相互不同的频率，按照多个设置的各传感信号也为相互不同的频率。在这里，供电电力的频率由f1表示，各传感信号的频率由f2、f3表示。传感信号和供电电力的频率也可为相同的频率，在此场合，像后述的那样，通过频谱(spectrum)扩散通信，发送传感信号。
数字化处理机构7比如，像图2那样，具有数据切换器7a、数据变换部7b、信号处理部7c。数据切换器7a在传感部6A(6B)中具有多个传感器6a、6b、6c的场合设置，切换从各传感器6a、6b、6c输入的数据，将其传递给数据变换部7b。在该图的实例中，按照多个设置的各传感器6a～6c分别为旋转传感器、温度传感器、振动传感器。数据切换器7a的切换比如，通过计时器定期地进行，或者对应于适当的切换指令而进行。
数据切换部7b将已输入的模拟信号变换为数字信号。
信号处理部7c在相对共用的传感信号接收部13(图1)，设置多个无线传感组件4A、4B的场合，附加针对各无线传感组件4A、4B的识别号码。在无线传感组件为1个的场合，无需识别号码。另外，信号处理部7c在上述无线传感组件4A、4B内的传感部6A、6B具有多个传感器6a～6c的场合，附加识别各传感器6a～6c的识别号码。这些无线传感组件识别号码和传感器识别号码附加于所发送的传感信号中。信号处理部7c还可附加纠错符号等的冗长比特。
将通过该数字化处理机构7进行数字化处理的信号从传感信号发送部9A、9B，按照规定的频率f1、f2的电磁波等进行无线发送。该发送像上述那样，除了为电磁波以外，也可通过光波、红外线、超声波或磁耦合的方式进行。
传感信号发送部9A、9B的发送比如，通过频谱(spectrum)扩散通信进行。该方式采用频率跳动方式、直接扩散方式等。
传感信号发送部9A、9B也可分时地，针对每个无线传感组件4A、4B而依次发送。另外，也可将数据通信的请求指令从设置于传感信号接收器5中的通信请求发送部(图中未示出)输出给无线传感组件4A、4B，接收了该指令的无线传感组件4A、4B发送传感信号。在像这样，分时、请求指令的场合，即使在从各无线传感组件4A、4B发送的频率相同的情况下，仍可在没有无线干扰的情况下进行通信。此外，如果各无线传感组件4A、4B附加上述识别号码对其发送，则可识别多个无线传感组件4A、4B的信号。
由于频谱(spectrum)扩散通信的干扰、干涉较强，故即使在采用作为无调制波的连续波的电力发送用电磁波相同的频带的电波的情况下，仍可确保充分的可靠性。通过采用同一频带的电磁波，可在电力接收部8A、8B和传感信号发送部9A、9B中，针对天线等的部件，采用同一高频部件，这样，可降低部件成本。
另外，也可为下述的方案，其中，在各无线传感组件4A、4B中，确定传感信号发送用电磁波的频率，传感信号接收器5的传感信号接收部13具有与各无线传感组件4A、4B的固有频率相对应的各自的接收部(图中未示出)。
传感信号发送部9A、9B也可为下述的形式，其中，通过对传送波进行ASK(Amplitude Shift Keying)、FSK(Frequency ShiftKeying)、PSK(Phase Shift Keying)、或QPSK(Quadrature PSK)等的数字调制的方式进行传感信号的发送。
如果采用该方案的无线传感系统，由于在各无线传感组件4A、4B中，以无线方式供给驱动电力，故不必设置作为传感部6A、6B、传感信号发送部9A、9B的电源的原电池、发电机，可紧凑而轻质地构成无线传感组件4A、4B。由于无需更换电池，故也容易维修。另外，与发电不同，在平时可进行通信。
另外，由于通过数字化处理机构7对传感信号进行数字化处理，对其进行发送，难以受到干扰的影响，系统的可靠性提高。由于通过对传感信号进行数字化处理，可容易发送各无线传感组件4A、4B的识别号码，可通过单一频率的电磁波，识别多个无线传感组件4A、4B，故系统组成简单。在相应的无线传感组件4A、4B的传感部6具有多个传感器6a～6c的场合，在附加该传感器6a～6c的识别号码时，也容易识别传感器6a～6c。
在通过频谱(spectrum)扩散方式，发送进行了数字化处理的传感信号的场合，容易识别作为无调制波的连续波的电力发送用电磁波，系统的可靠性提高。另外，通过频谱(spectrum)扩散方式发送传感信号，由此，传感信号的发送和供电可采用同一频带的电波，通过部件的共用谋求成本的降低。
下面根据图4，对带有采用第1实施例的无线传感系统的无线传感器的轴承装置的一个实例进行描述。在多个轴承51、52上分别装载无线传感组件4A、4B，1个传感信号接收器5以无线方式，在各无线传感组件4A、4B中，进行供电和传感信号的接收处理。上述多个滚动轴承51、52设置于机械设备53的各部分上。机械设备53为比如，辊式输送机、带式输送机等的输送线，构成运送辊或带式驱动辊等的轴的旋转轴59以可旋转的方式支承于上述轴承51、52上。该轴承51、52为滚动轴承，在内圈54和外圈55之间，介设有滚动体56，设置密封件58。各滚动体56通过保持器57保持。上述内圈54和外圈55分别构成技术方案中所述的内方部件和外方部件。传感信号接收器5设置于与轴承51、52离开的位置。
设置于各轴承51、52上的无线传感组件4A、4B中的1个无线传感组件4A的传感部6A为旋转传感器，设置于另一轴承52上的无线传感组件4B的传感部6B为检测旋转以外的检测对象的传感器，比如，为温度传感器、振动传感器、加速度传感器、载荷传感器、转矩传感器、轴承的预压传感器等。通过安装这些传感器，检测轴承51、52的状态，可用于轴承51、52的故障诊断、工厂线监视等。
对各无线传感组件4A、4B附加识别号码，在附加该识别号码后，进行信号发送。在各无线传感组件4A、4B的传感部6A、6B中，具有多个传感器的场合，附加各传感器的识别号码，发送传感信号。
构成旋转传感器的传感部6A由脉冲环17、按照与其相对的方式安装的磁性传感器18构成。该脉冲环17为沿圆周方向磁极并排，多极磁化的磁铁、或设置齿轮状的凹凸部的磁性体环等，沿周向具有周期性的变化。磁性传感器18检测脉冲环17的周向的周期性的磁性变化，检测内圈54和外圈55的相对旋转，输出旋转信号。该旋转信号为脉冲串，通过数字化处理机构7(图1)，对该脉冲串的周期数据进行数字化处理，对其发送。磁性传感器18为磁场传感器，除了磁阻元件型传感器(称为“MR传感器”)以外，也可采用霍尔元件型传感器、磁通量闸门型磁性传感器、MI传感器等的有源磁性传感器。
磁性传感器18也可在比如，像图3(A)所示的那样，相对脉冲环17的周向的磁性变化的周期，相位基本相差90°时，设置于2个部位，检测旋转方向，除了周期数据以外，发送旋转方向数据。在此场合，像该图3(B)那样，相位基本相差90°的2个脉冲串(A相、B相)的旋转信号从各磁性传感器18、18分别输出。旋转方向的检测，比如像图3(C)所示的那样，按照通过设置于数字化处理机构7上的旋转方向检测部7d，对上述2个脉冲串的旋转信号进行比较的方式进行。根据上述脉冲串，获得周期T的数据的处理通过比如，数据变换部7b而进行。对该周期数据，进行通过信号处理部7c混合上述旋转方向数据的处理。
最好，上述磁性传感器18为磁阻元件型。对于该磁阻元件型传感器，通过增加阻值，可减小耗电量，对于进行无线供电是有利的。
如果采用该带有无线传感器的轴承装置，则通过传感部6A、6B，谋求轴承51、52的智能化处理，另外，通过传感信号和供电的无线处理，谋求布线系统的简化。此外，由于对传感信号进行数字化处理，对其进行发送，故难以受到干扰的影响，系统的可靠性提高。
图5表示第1实施例的无线传感系统用于汽车的车轮用轴承装置的实施例。该车轮用轴承装置33包括具有多排轨道面的外方部件1、具有与上述轨道面面对轨道面的内方部件2、介设于面对的两排轨道面之间的多个滚动体3，该车轮用轴承装置33以可旋转的方式将车轮支承于车体上。本图的车轮用轴承装置33为第4代，内方部件2由轮毂圈2A和等速接头15的外圈15a构成，在该轮毂圈2A和等速接头的外圈15a上，形成内方部件2侧的各排轨道面。
在该车轮用轴承装置33的外方部件1上，设置1个无线传感组件4A。图1中的另一无线传感组件4B既可省略，也可独立于车轮用轴承装置33，比如，为了检测轮胎空气压力而设置于车轮上。
无线传感组件4A包括作为传感部6A构成的一个传感器的旋转传感器6Aa。该旋转传感器6Aa由脉冲环17、按照与其相对的方式安装的磁性传感器18构成。该脉冲环17为沿圆周方向磁极并排、多极磁化的磁铁、或设置齿轮状的凹凸部的磁性体环等，沿周向具有周期性的变化。磁性传感器18检测脉冲环17的周向的周期性的磁性变化，检测内方部件2和外方部件1的相对旋转，输出旋转信号。该旋转信号为脉冲串，对脉冲的周期数据进行数字化处理，对其发送。磁性传感器18为磁场传感器，除了磁阻元件型传感器以外，也可采用霍尔元件型传感器、磁通量闸门型磁性传感器、MI传感器等的有源磁性传感器。磁性传感器18也可在相对脉冲环17的周向的磁性变化的周期，相位基本相差90°时，设置于2个部位检测旋转方向，除了周期数据以外，发送旋转方向数据。
无线传感组件4A是通过将电路箱部24和传感器设置部23形成一体，构成组件的方式形成的，电路箱部24设置于外方部件1的外面。传感器设置部23通过设置于外方部件1上的径向的孔，面对轴承内空间。在电路箱部24的内部，设置由图1的电力接收部8A、传感信号发送部9A构成的通信功能部、数字化处理机构7、电源电路10，在传感器设置部23中，设置磁性传感器18。在传感器设置部23中，设置作为构成上述传感部6A的其它的传感器的检测旋转以外的其它的信息的传感器22。该传感器22比如，为温度传感器、振动传感器、载荷传感器、预压传感器等。
传感信号接收器5安装于车体侧。比如，其安装于车体的轮胎壳体的内部等处。通过该传感信号接收器5接收的传感信号传送给控制设置于车体上的车体整体的电气控制组件(ECU)，用于各种控制、异常监视等的场合。
由于旋转传感器6Aa通过脉冲环17和磁性传感器18检测旋转，通过无线方式供电，故其可检测旋转，直至0速度，可用于防抱死制动(antilock braking)系统、牵引控制等，可谋求汽车的高度控制。通过检测旋转方向，可用于汽车坡路停止防滑控制，比如，与上升动作时的后退检测、其相反的检测相对应的控制等的场合。
通过另一传感器22，还进行载荷传感器、温度传感器等的旋转以外的检测，由此，可进行轴承的智能化处理，可用于轴承的故障诊断、各种汽车控制。
在像这样，用于车轮用轴承装置33的场合，谋求该车轮用轴承装置33的智能化处理，另外，通过同时采用传感信号的无线发送和无线供电，则消除车轮和车体之间的导线，同时通过传感信号的数字化处理，进行可靠性较高的汽车控制。
图6为表示第1实施例的无线传感系统用于另一形式的车轮用轴承装置33的实例。该车轮用轴承装置33为第3代，内方部件2由轮毂圈2A、与其一端的外周嵌合的内圈2B构成，在轮毂圈2A和内圈2B的外周，形成内方部件2侧的各排轨道面。通过将设置于外圈15a上的轴部插入轮毂圈2A的内部，等速接头15通过螺母与轮毂圈2A连接。
无线传感组件4A安装于外方部件1的端部。无线传感组件4A的传感部6A由旋转传感器6Aa构成，具有安装于内方部件2上的脉冲环17、按照与该脉冲环17相对的方式设置的磁性传感器18。脉冲环17由多极磁铁等构成。脉冲环17设置于对外方部件1和内方部件2之间的轴承空间进行密封的密封的组成部件上。磁性传感器18采用磁阻型传感器或霍尔元件型传感器等。其它的结构与图3所示的实例相同。
图7表示将第1实施例的无线传感系统用于还一形式的车轮用轴承装置33上的实例。该车轮用轴承装置33为第3代的从动轮用的轴承。在本实例中，在覆盖轴承端部的盖25上安装无线传感组件4A。该无线传感组件4A包括作为传感部6A的，由脉冲环17和磁性传感器18构成的旋转传感器6Aa。具有磁性传感器18的传感部6A的前端插入开设于盖25中的孔中，电路箱24设置于盖25的外面上。本实施例的其它的结构与图6所示的实例相同。内圈2B通过将轮毂圈2A的端部敛缝而形成的敛缝部100，与轮毂圈2A连接。
图8为本发明的第2实施例的无线传感系统。第2实施例的无线传感系统未设置第1实施例的数字化处理机构7。另外，代替第1实施例的电源电路10，设置具有接收以无线方式发送的驱动电力的电力接收部8A、8B的电源部20。其它的结构与第1实施例相同。
电源部20为将电力接收部8A、8B的接收电力供给传感部6A、6B和传感信号发送部9A、9B的机构，其包括已接收的电力中的，积蓄剩余电力的蓄电机构27、对蓄电机构27进行充电的充电电路21。蓄电机构27为电容器或蓄电池。在采用电容器的场合，最好，可积蓄对无线供电的不稳定进行补偿的程度的大电量。电力接收部8A、8B在通过电磁波进行无线供电的场合，由同步电路、检波整流电路等构成。
如果采用该结构的无线传感系统，由于设置积蓄电力接收部8A、8B的接收电力的蓄电机构27，故在平时，即，在无线供电的稳定时，通过电力接收部8A、8B接收的剩余电力积蓄于积蓄机构27中，在无线供电的不稳定时，积蓄于积蓄机构7中的电力用于传感部6A、6B、传感信号发送部9A、9B的驱动。由此，不必针对无线供电的不稳定，从供电发送部12，在平时发送大电量，可减少无线传感系统的耗电量。另外，由于相对多个无线传感组件4A、4B，从共用的传感信号接收器5进行无线的供电和无线传感信号的接收，故形成无线传感系统的整体简单的方案。
可将第2实施例的无线传感系统用于上述的图4的轴承，形成带有无线传感器的轴承装置。
如果采用该带有无线传感器的轴承装置，通过传感部6A、6B谋求轴承51、52的智能化处理，另外，通过传感信号和供电的无线处理，谋求布线系统的简化，同时，通过设置电容器、蓄电池等的蓄电机构27，可确保稳定的电源。由此，不必针对无线供电的不良的场合，在平时发送大电量，可减小无线传感系统的耗电量。
另外，可将第2实施例的无线传感系统用于上述的图5的车轮用轴承，形成带有无线传感器的车轮轴承装置。
在像这样，用于车轮用轴承装置33的场合，谋求车轮用轴承装置33的智能化处理，另外，一边消除车轮和车体之间的导线，一边像图8那样，设置蓄电机构27，由此，可稳定地将向传感部6A、传感信号发送部9A供电，谋求控制的稳定，而且，无线供电的耗电量小。即，不必针对无线供电的不稳定的场合，在平时发送大电量，可减小无线传感系统的耗电量。其结果是，燃料费用随之提高。
此外，可将第2实施例的无线传感系统用于上述图6和图7的车轮用轴承，带有无线传感器的车轮轴承装置。
本发明可在车轮用轴承装置、各种产业机械、工业机械、运送机械等中，用于各部分的轴承、其它的部位的检测对象的无线检测。

Claims (15)

1.一种无线传感系统，该无线传感系统包括对检测对象进行检测的传感部；传感信号发送部，该传感信号发送部以无线方式发送该传感部所输出的传感信号；多个无线传感组件，该多个无线传感组件分别具有电力接收部，该电力接收部以无线方式接收驱动上述传感部和传感信号发送部的动作电力；传感信号接收部，该传感信号接收部接收从上述传感信号发送部发送的传感信号；一个供电电力发送部，该供电电力发送部以无线方式，将动作电力发送给上述电力接收部，在上述无线传感组件中设置数字化处理机构，该数字化处理机构对上述传感部所输出的传感信号进行数字化处理，上述传感信号发送部发送上述进行了数字化处理的传感信号；
上述传感部中的一个具有旋转传感器，该旋转传感器为脉冲环和按照与该脉冲环相对的方式设置的磁阻型的磁性传感器，
上述旋转传感器为产生相位不同的2个或以上的脉冲的机构，通过上述数字化处理机构进行数字化处理的信号为表示脉冲周期和旋转方向的信号，
上述数字化处理机构具有旋转方向检测部。
2.根据权利要求1所述的无线传感系统，其特征在于上述无线传感组件为多个，上述传感信号接收部可接收通过上述多个无线传感组件发送的多个传感部的传感信号。
3.根据权利要求1所述的无线传感系统，其特征在于上述供电电力发送部设置于具有上述传感信号接收部的传感信号接收器中。
4.根据权利要求1所述的无线传感系统，其特征在于上述无线传感组件具有构成上述传感部的多个传感器。
5.根据权利要求1所述的无线传感系统，其特征在于构成上述传感部的传感器为旋转传感器、加速度传感器、振动传感器、温度传感器、载荷传感器、转矩传感器、轴承的预压传感器中的至少1个。
6.根据权利要求2所述的无线传感系统，其特征在于各无线传感组件通过上述传感信号发送部，不但发送传感信号，还发送相应的无线传感组件的识别信号。
7.根据权利要求4所述的无线传感系统，其特征在于无线传感组件不但发送传感信号，还发送构成传感部的相应的传感器的识别号码。
8.根据权利要求1所述的无线传感系统，其特征在于上述传感信号发送部通过频谱扩散通信，发送传感信号。
9.一种带有无线传感系统的轴承装置，在该带有无线传感系统的轴承装置中，在轴承上装载权利要求1所述的无线传感系统的无线传感组件。
10.根据权利要求9所述的带有无线传感系统的轴承装置，其特征在于构成上述传感部的传感器的一个为轴承的预压传感器。
11.根据权利要求9所述的带有无线传感系统的轴承装置，其特征在于该轴承装置为车轮用轴承装置，其中，上述滚动轴承为包括具有多排轨道面的外方部件、具有与上述轨道面面对的轨道面的内方部件、介设于面对的两排轨道面之间的多个滚动体，该车轮轴承装置以可旋转的方式将车轮支承于车体上。
12.一种无线传感系统，该无线传感系统包括对检测对象进行检测的传感部；传感信号发送部，该传感信号发送部以无线方式发送该传感部所输出的传感信号；1个或多个无线传感组件，该1个或多个无线传感组件分别具有电力接收部，该电力接收部以无线方式接收驱动上述传感部和传感信号发送部的动作电力；传感信号接收部，该传感信号接收部接收从上述传感信号发送部发送的传感信号；供电电力发送部，该供电电力发送部以无线方式，将动作电力发送给上述电力接收部，上述无线传感系统装载在滚动轴承上，该滚动轴承具有内方部件、外方部件、以及介设于该内方部件和外方部件之间的多个滚动体，在上述滚动轴承中，设置电容器或蓄电池的蓄电机构，该蓄电机构积蓄上述电力接收部的接收电力中剩余电力。
13.一种带有无线传感器的轴承装置，该带有无线传感器的轴承装置装载权利要求12所述的无线传感系统。
14.根据权利要求13所述的带有无线传感器的轴承装置，其特征在于上述传感器检测作为上述检测对象的滚动轴承的旋转、温度、振动、加速度、载荷、转矩、轴承预压中的至少1种的检测对象。
15.根据权利要求13所述的带有无线传感器的轴承装置，其特征在于其为车轮用轴承装置，上述滚动轴承包括具有多排轨道面的外方部件、具有与上述轨道面面对的轨道面的内方部件、介设于面对的两排轨道面之间的多个滚动体，该车轮轴承装置以可旋转的方式将车轮支承于车体上。
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