(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023112449
(43)【公開日】2023-08-14
(54)【発明の名称】計測装置及び歯車故障判断装置
(51)【国際特許分類】
G01H 17/00 20060101AFI20230804BHJP
G01M 13/021 20190101ALI20230804BHJP
【ＦＩ】
G01H17/00 A
G01M13/021
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022014245
(22)【出願日】2022-02-01
(71)【出願人】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100109380
【弁理士】
【氏名又は名称】小西 恵
(74)【代理人】
【識別番号】100109036
【弁理士】
【氏名又は名称】永岡 重幸
(72)【発明者】
【氏名】岡村 俊彦
(72)【発明者】
【氏名】杉田 澄雄
(72)【発明者】
【氏名】マイケル オット
【テーマコード（参考）】
2G024
2G064
【Ｆターム（参考）】
2G024AD01
2G024BA22
2G024CA13
2G024FA01
2G024FA06
2G024FA11
2G064AB02
2G064AB22
2G064BA02
2G064BD02
2G064CC02
2G064CC43
2G064DD02
(57)【要約】
【課題】歯車の異常を正確に検出できる測定装置を提供すること。
【解決手段】測定装置は、歯車が設けられた軸を回転可能に支持する軸受部の１つの側面に設けられる。前記計測装置は、前記軸受部の外輪に取り付けられ、前記軸受部の前記１つの側面を覆うカバーと、前記カバーの内面に設けられて、前記軸受部の振動を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のそれぞれについて計測する加速度センサと、前記カバーの内面に設けられて、前記軸受部の前記外輪と内輪と間の角度を計測する角度センサと、前記カバーの内面に設けられて、前記加速度センサにより得られた前記３軸のそれぞれについての加速度計測値と、前記角度センサにより得られた角度計測値とを、１つの共通の時間基準を共有して紐づけて取得する取得部と、を備える。
【選択図】図４
【解決手段】測定装置は、歯車が設けられた軸を回転可能に支持する軸受部の１つの側面に設けられる。前記計測装置は、前記軸受部の外輪に取り付けられ、前記軸受部の前記１つの側面を覆うカバーと、前記カバーの内面に設けられて、前記軸受部の振動を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のそれぞれについて計測する加速度センサと、前記カバーの内面に設けられて、前記軸受部の前記外輪と内輪と間の角度を計測する角度センサと、前記カバーの内面に設けられて、前記加速度センサにより得られた前記３軸のそれぞれについての加速度計測値と、前記角度センサにより得られた角度計測値とを、１つの共通の時間基準を共有して紐づけて取得する取得部と、を備える。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
歯車が設けられた軸を回転可能に支持する軸受部の１つの側面に設けられた計測装置であって、
前記軸受部の外輪に取り付けられ、前記軸受部の前記１つの側面を覆うカバーと、
前記カバーの内面に設けられて、前記軸受部の振動を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のそれぞれについて計測する加速度センサと、
前記カバーの内面に設けられて、前記軸受部の前記外輪と内輪と間の角度を計測する角度センサと、
前記カバーの内面に設けられて、前記加速度センサにより得られた前記３軸のそれぞれについての加速度計測値と、前記角度センサにより得られた角度計測値とを、１つの共通の時間基準を共有して紐づけて取得する取得部と、
を備えることを特徴とする計測装置。
前記軸受部の外輪に取り付けられ、前記軸受部の前記１つの側面を覆うカバーと、
前記カバーの内面に設けられて、前記軸受部の振動を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のそれぞれについて計測する加速度センサと、
前記カバーの内面に設けられて、前記軸受部の前記外輪と内輪と間の角度を計測する角度センサと、
前記カバーの内面に設けられて、前記加速度センサにより得られた前記３軸のそれぞれについての加速度計測値と、前記角度センサにより得られた角度計測値とを、１つの共通の時間基準を共有して紐づけて取得する取得部と、
を備えることを特徴とする計測装置。
【請求項2】
前記加速度センサは、３軸のそれぞれについて、前記歯車の歯から前記軸受部に伝達された振動を計測し、前記角度センサは、前記軸受の外輪に対する内輪の相対的な回転角度を計測することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項3】
前記取得部は、
前記加速度センサにより得られた前記加速度計測値と前記角度センサにより得られた前記角度計測値とを、ＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓ）転送する制御部と、
前記制御部によりＤＭＡ転送された前記加速度計測値と前記角度計測値とを対応付けて記憶する記憶部と、を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の計測装置。
前記加速度センサにより得られた前記加速度計測値と前記角度センサにより得られた前記角度計測値とを、ＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓ）転送する制御部と、
前記制御部によりＤＭＡ転送された前記加速度計測値と前記角度計測値とを対応付けて記憶する記憶部と、を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の計測装置。
【請求項4】
前記計測装置は、前記軸受部の内輪が１回転する毎に１つのパルスを生成するパルス生成部をさらに備え、
前記取得部は、前記パルス生成部により生成されたパルスに基づいて、前記加速度センサにより得られた前記加速度計測値と前記角度センサにより得られた前記角度計測値とを、紐づけして取得することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の計測装置。
前記取得部は、前記パルス生成部により生成されたパルスに基づいて、前記加速度センサにより得られた前記加速度計測値と前記角度センサにより得られた前記角度計測値とを、紐づけして取得することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項5】
前記軸受の外輪と内輪との相対的な回転に基づいて発電し、前記加速度センサ、前記角度センサ及び前記取得部に電力を供給する発電部をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項6】
前記取得部により取得された前記加速度計測値及び前記角度計測値を、故障判断装置に送信する送信部をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項7】
前記送信部は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）またはＴｈｒｅａｄに準拠する通信により、前記加速度計測値及び前記角度計測値を前記故障判断装置に送信することを特徴とする請求項６に記載の計測装置。
【請求項8】
請求項１から７のいずれか１項に記載の計測装置から受信した加速度計測値及び角度計測値に基づいて、歯車の故障を判断する故障判断装置であって、
前記歯車の歯の数を入力する入力手段と、
前記歯と軸受部の回転角度との関係を規定するマップを生成するマップ生成部と、
式（１）を用いて、加速度信号強度を算出する第１算出部と、
式（２）を用いて、前記加速度信号強度の平均値を算出する第２算出部と、
式（３）を用いて、前記歯の損傷指標値を算出する第３算出部と、
を備え、
前記式（１）は、
であり、ここで、Ｐ（ｔｏｏｔｈ＝ｋ）はｋ番目の歯の加速度信号強度であり、ｘ（φ（ｉ））、ｙ（φ（ｉ））、ｚ（φ（ｉ））はあるサンプルｉの角度位置がｋ番目の歯に対応する場合に値をもつ、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれの加速度計測値であり、ｎsamples,kはｋ番目の歯の加速度計測値の取得数であり、
前記式（２）は、
であり、ここで、Ｐ￣は前記歯車の全ての歯の加速度信号強度の平均値であり、Ｐ（ｋ）はｋ番目の歯の加速度信号強度であり、Ｚは加速度信号強度の取得数、つまり前記歯車の歯の数であり、
前記式（３）は、
であり、ここで、Ｐrel（ｋ）はｋ番目の歯の損傷指標値である、
ことを特徴とする歯車故障判断装置。
前記歯車の歯の数を入力する入力手段と、
前記歯と軸受部の回転角度との関係を規定するマップを生成するマップ生成部と、
式（１）を用いて、加速度信号強度を算出する第１算出部と、
式（２）を用いて、前記加速度信号強度の平均値を算出する第２算出部と、
式（３）を用いて、前記歯の損傷指標値を算出する第３算出部と、
を備え、
前記式（１）は、
前記式（２）は、
前記式（３）は、
ことを特徴とする歯車故障判断装置。
【請求項9】
前記損傷指標値に基づいて、ｋ番目の歯の損傷を判定する判定部をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の歯車故障判断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、計測装置及び歯車故障判断装置に関し、特に、歯車変速機構に設けられた軸受の振動と角度位置を計測する計測装置及び歯車変速機構に設けられた歯車の故障を判断する歯車故障判断装置に関する。
【背景技術】
【0002】
歯車には色々な疲労が生じ得るし、使用時間等に応じた自然発生的な損傷も生じ得る。一般的に、歯車は、損傷が無くても、時間経過に伴い変化する噛み合い剛性その他の理由により振動を発生する。振動の発生は、損傷の存在によって変わる。
歯車変速機構の場合、上記した振動は、歯車本体（歯以外の部分）、軸及び軸受を通って歯車変速機構のケースに伝達される。歯車変速機構の歯車の異常を検出する装置として、特許文献１の装置がある。
歯車変速機構の場合、上記した振動は、歯車本体（歯以外の部分）、軸及び軸受を通って歯車変速機構のケースに伝達される。歯車変速機構の歯車の異常を検出する装置として、特許文献１の装置がある。
【0003】
特許文献１の装置は、２つの歯車がかみ合う際に発生する振動を検出する加速度センサを有する。加速度センサは、トランスミッションのケーシングに固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１７－１８１２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
歯車がかみ合う際に発生する振動エネルギの一部は、歯車を収容するケースから可聴ノイズとして外部に放出される。この可聴ノイズの伝達経路に亘って、元々のかみ合いにより励起された振動は、振動励起点からピックアップ点（加速度センサの設置位置）に到達する過程で、ケース固有の振動伝達経路の影響を受ける。従って、ピックアップ点で計測される振動特性は、励起点の振動と比べて振動特性が変化している。これは、伝達経路に存在する物体の剛性及び質量特性や、減衰に依るものであり、周波数帯域全体に亘って、変更された振幅及び位相に関して、振動時系列を変化させる。
【0006】
特許文献１に開示されている構成では、加速度センサが増速機のケーシングに取り付けられているので、２つの歯車（歯車対）がかみ合う際に発生する振動が、増速機のケーシングを介して加速度センサに伝達される。加速度センサに到達する振動は、ケーシング固有の振動伝達経路の影響を受けるので、加速度センサで計測される振動は、振動発生箇所（かみ合う歯車対）の振動と比べて振動特性が変化している可能性がある。また、特許文献１の構成では、歯車の個々の歯の異常を検出することはできない。
そこで、本発明は、歯車の異常をより正確に検出できる技術（装置）を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、歯車の異常をより正確に検出できる技術（装置）を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明の一つの態様による計測装置は、歯車が設けられた軸を回転可能に支持する軸受部の１つの側面に設けられた計測装置であって、前記軸受部の外輪に取り付けられ、前記軸受部の前記１つの側面を覆うカバーと、前記カバーの内面に設けられて、前記軸受部の振動を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のそれぞれについて計測する加速度センサと、前記カバーの内面に設けられて、前記軸受部の前記外輪と内輪と間の角度を計測する角度センサと、前記カバーの内面に設けられて、前記加速度センサにより得られた前記３軸のそれぞれについての加速度計測値と、前記角度センサにより得られた角度計測値とを、１つの共通の時間基準を共有して紐づけて取得する取得部と、を備える。
【発明の効果】
【0008】
本発明の一つの態様によれば、加速度センサを軸受部に取り付けているので、歯車の振動が加速度センサに伝達される経路は極めて短くなる。また、３軸（３方向）のそれぞれで得られた加速度値から歯車の異常を診断することにより、診断感度が高くなる。よって、歯車の異常をより早期に、かつ、より正確に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
本実施形態の歯車故障検出システムは、歯車変速機構に設けられた歯車の状態をモニタリングし、歯車の故障を検出する。本実施形態の歯車故障検出システムは、自己発電型のセンサ付き軸受（軸受装置）を使用して、歯車変速機構のモニタリングを行い、歯車の歯ごとの振動信号を評価できるように構成されている。本実施形態で使用する軸受装置は、軸を回転自在に支持するという軸受本来の機能に加え、自己発電とセンシングと無線送信の機能を有する。つまり、軸受装置は、軸を支持するデバイスであると共に、センサデバイス（計測装置）としての機能も有する。尚、センサデバイスは計測装置と称することもできるので、センサ付き転がり軸受は、計測装置付き軸受と称してもよい。
【0011】
なお、以下の記載において、歯車変速機構はギアボックスと称されることがある。また、歯車はギアと称されることがある。また、本実施形態の歯車変速機構は、説明を簡単にするために、単純な１段ギアの歯車変速機構であるとする。
本発明の範囲は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で変更及び修正等をすることが可能である。
本発明の範囲は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で変更及び修正等をすることが可能である。
【0012】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態の歯車故障判断装置１０と歯車変速機構２０を示している。歯車変速機構２０は、ハウジング２１と、ハウジング２１内に設けられた第１歯車２２及び第２歯車２３を有する。ハウジング２１は、所定間隔で対向する第１壁２１ａと第２壁２１ｂを有する。第１歯車２２と第２歯車２３は互いかみ合う。また、歯車変速機構２０は、第１歯車２２が取り付けられた第１軸２４ａと、第１軸２４ａの両端を支持する第１軸受２５及び第２軸受２６を有する。第１軸受２５は、ハウジング２１の第１壁２１ａに設けられている。第２軸受２６は、ハウジング２１の第２壁２１ｂに設けられている。
図１は、本発明の実施形態の歯車故障判断装置１０と歯車変速機構２０を示している。歯車変速機構２０は、ハウジング２１と、ハウジング２１内に設けられた第１歯車２２及び第２歯車２３を有する。ハウジング２１は、所定間隔で対向する第１壁２１ａと第２壁２１ｂを有する。第１歯車２２と第２歯車２３は互いかみ合う。また、歯車変速機構２０は、第１歯車２２が取り付けられた第１軸２４ａと、第１軸２４ａの両端を支持する第１軸受２５及び第２軸受２６を有する。第１軸受２５は、ハウジング２１の第１壁２１ａに設けられている。第２軸受２６は、ハウジング２１の第２壁２１ｂに設けられている。
【0013】
さらに、歯車変速機構２０は、第２歯車２３が取り付けられた第２軸２４ｂと、第２軸２４ｂの両端を支持する第３軸受２７及び第４軸受２８を有する。第３軸受２７は、第１軸受２５の下方において、ハウジング２１の第１壁２１ａに設けられている。第４軸受２８は、第２軸受２６の下方において、ハウジング２１の第２壁２１ｂに設けられている。本実施形態では、第１軸受２５～第４軸受２８は、転がり軸受であるとする。各軸受２５、２６、２７、２８は、例えば、円すいころ軸受または深溝玉軸受である。
【0014】
本実施形態では、４つの軸受２５～２８のうち、第１軸受２５だけが、計測装置１００（図３）を内蔵する計測装置付き軸受装置であるとする。計測装置１００は、第１歯車２２と第２歯車２３がかみ合うことにより発生する振動を検出・計測する。また、計測装置１００は、第１軸受２５の回転角度位置（第１軸２４ａの回転角度位置）も検出する。計測装置１００は通信機能を備え、歯車故障判断装置１０と無線通信できる。さらに、計測装置１００は、発電部１４９（図８）も備える。歯車故障判断装置１０は、第１軸受２５の計測装置１００から受信した信号に基づいて、第１歯車２２の故障を検出する。本実施形態では、歯車故障判断装置１０と計測装置１００とにより、歯車故障検出システム３０が構成される。第１軸受２５は、計測装置１００を備えるので、軸受装置と称してもよい。
【0015】
図２は歯車故障判断装置１０の構成を示すブロック図である。図２に示すように、歯車故障判断装置１０は、入力部１１、制御部１２、記憶部１３、表示部１４及び通信部１５を有する。歯車故障判断装置１０は、例えば、パーソナルコンピュータである。
入力部１１は、ボタン、スイッチ、マウス、タッチパネル等からなり、ユーザは入力部１１を介して各種入力等を行う（例えば、第１歯車２２の歯の数を入力する）。ユーザは、歯車故障判断装置１０を操作する際に、入力部１１を使用する。入力部１１は、操作部と称することもできる。
入力部１１は、ボタン、スイッチ、マウス、タッチパネル等からなり、ユーザは入力部１１を介して各種入力等を行う（例えば、第１歯車２２の歯の数を入力する）。ユーザは、歯車故障判断装置１０を操作する際に、入力部１１を使用する。入力部１１は、操作部と称することもできる。
【0016】
制御部１２は、１つまたは複数のＣＰＵやＭＰＵにより構成され、歯車故障判断装置１０の各部１１及び１３～１５の動作を制御する。制御部１２は、計測装置１０から受信した信号を処理して、歯車の故障判断を行う（故障判断処理を実行する）。制御部１２は、記憶部１３に記憶される制御プログラムを実行することにより歯車故障判断装置１０を制御したり、歯車の故障判断処理を実行する。ＣＰＵはＣｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔの略である。ＭＰＵはＭｉｒｃｏｐｒｏｓｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔの略である。
【0017】
記憶部１３は、ＨＤＤ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＩＣメモリカード等により構成され、制御部１２が実行する制御プログラムや第１歯車２２の角度と歯の関係を表すマップ（後述）を生成するためのアルゴリズム等の各種情報を記憶する。マップの生成は、記憶部１３に記憶された制御プログラムを制御部１２が実行することにより行われる。記憶部１３は計測装置１００から受信したデータを記憶することができる。ＨＤＤはＨａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅの略である。ＲＯＭはＲｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙの略である。ＲＡＭはＲａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙの略である。ＩＣはＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ
Ｃｉｒｃｕｉｔの略である。
表示部１４は、液晶ディスプレイなどからなり、各種データ、数値、文字および画像等の表示を行う。表示部１４は、計測装置１００から受信したデータを表示部に表示することができる。
通信部１５は、計測装置１００との無線通信を行う。
Ｃｉｒｃｕｉｔの略である。
表示部１４は、液晶ディスプレイなどからなり、各種データ、数値、文字および画像等の表示を行う。表示部１４は、計測装置１００から受信したデータを表示部に表示することができる。
通信部１５は、計測装置１００との無線通信を行う。
【0018】
図３及び図４は、第１軸受２５の構成を示す分解斜視図である。図３は、第１軸受２５を左側面からみた分解斜視図である。図４は、第１軸受２５を右側面から見た分解斜視図である。図３に示すように、第１軸受２５は、計測装置１００と、軸受部２５０とを有する。計測装置１００は、軸受部２５０の左側面に取り付けられる。計測装置１００は、カバー１１０と、コイル基板１２０（図４）と、回転部１３０と、回路基板群１４０（図４）と、蓄電池（キャパシタ）１５０と、リテーナ（図示せず）と、Ｚ相用磁石ユニット１６０とを備える。リテーナは、薄い環状の部材であり、カバー１１０とＺ相用磁石ユニット１６０の間に位置する。回路基板群１４０は、後述するように、複数の基板により構成されている。
【0019】
回転部１３０は、第１軸２４ａに取り付けられ、第１軸２４ａと共に回転する。カバー１１０が軸受部２５０に取り付けられると、カバー１１０は軸受部２５０の外輪１１２に取り付けられる。よって、カバー１１０は回転しない。リテーナは軸受部２５０の内輪１１３に取り付けられる。リテーナにより、Ｚ相用磁石ユニット１６０は軸受部２５０の内輪１１３に固定される。よって、Ｚ相用磁石ユニット１６０は、軸受部２５０の内輪１１３（つまり第１軸２４ａ）と共に回転する。
【0020】
カバー１１０は、円環状の平板部材であり、例えば、ケイ素鋼板、炭素鋼（ＪＩＳ規格 ＳＳ４００またはＳ４５Ｃ）、マルテンサイト系ステンレス（ＪＩＳ規格 ＳＵＳ４２０）またはフェライト系ステンレス（ＪＩＳ規格 ＳＵＳ４３０）などのような磁性を有する材料により形成される。カバー１１０にはセンサが取り付けられるので、カバー１１０をセンサケースと称してもよい。
【0021】
カバー１１０の軸受部２５０と対向する側の面には、図４に示すように、コイル基板１２０、回路基板群１４０及び蓄電池１５０が取り付けられている。回路基板群１４０は、電源制御基板１４１と、角度センサ基板１４２と、制御基板１４３を含む。電源制御基板１４１、角度センサ基板１４２及び制御基板１４３は、例えばカバー１１０に開けられた雌ねじ穴に、黄銅など非磁性材料のボルトが締結することで、カバー１１０に固定される。この場合、ボルトは、カバー１１０に取り付けられた状態で、カバー１１０から突出しない長さを有する。
【0022】
電源制御基板１４１は、整流回路２６１（図６）、平滑回路２６２（図６）、電源管理ＩＣ２６３（図６）及びＦＥＴ２６４（図６）を有する。電源制御基板１４１の回路２６１～２６３及びＦＥＴ２６４については、図６を用いて後述する。ＦＥＴはＦｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒの略である。
【0023】
また、カバー１１０には、貫通孔１１１が形成されており、貫通孔１１１は、樹脂などの非磁性材料で形成された蓋１１７で密閉されている。後述するように、制御基板１４３には、アンテナ１４７（図５Ａ）が実装される。カバー１１０は磁性を有するので、アンテナ１４７からの電磁波をシールドする作用を有する。しかしながら、アンテナ１４７は蓋１１７と対向する位置に配置され、これにより、アンテナ１４７の電磁波は、非磁性の蓋１１７を介して、外部の歯車故障判断装置１０へ到達することができる。
コイル基板１２０は、例えば接着剤によりカバー１１０に固定されている。
コイル基板１２０は、例えば接着剤によりカバー１１０に固定されている。
【0024】
図５Ａは、カバー１１０とコイル基板１２０と回路基板群１４０と蓄電池１５０の構成例を示す平面図である。図５Ｂは、カバー１１０とコイル基板１２０だけを示した図である。図５Ｂに示すように、コイル基板１２０は、フレキシブル基板１２１と、フレキシブル基板１２１に設けられたコイルパターン１２３と、フレキシブル基板１２１に設けられた複数のヨーク１２５と、を有する。なお、ヨーク１２５の設置は任意である。フレキシブル基板１２１の平面視による形状は、回転中心軸Ａｘを中心とする正円のリング状である。コイルパターン１２３は、フレキシブル基板１２１の厚さ方向に積層された複数の平面コイルを有する。平面コイルとは、絶縁体の所定の面上にパターニングされて設けられた導電体のパターンである。本実施形態においては、導電体のパターンが絶縁体の複数の面上に形成されている。尚、これに限られず、導電体のパターンが絶縁体の１つの面上に形成されていてもよい。コイルパターン１２３のターン数は平面コイルの積層数に比例する。平面コイルの積層数を変化させることにより、発電量を調整することができる。
【0025】
また、コイルパターン１２３は、平面視で、回転中心軸Ａｘを中心とする円の円周方向に沿って凹凸が交互に並ぶように設けられている。この凹凸の凹部にヨーク１２５が１つずつ配置されている。コイルパターン１２３は、後述するエンコーダマグネットの磁気変化を検出できる位置に角度センサを配置するため、一部円形を欠けさせる形状としてもよい。
【0026】
図５Ａに示すように、電源制御基板１４１、角度センサ基板１４２、制御基板１４３及び蓄電池１５０は、平面視で、コイル基板１２０よりも径方向外側に取り付けられている。電源制御基板１４１（より詳しくは、後述する電源管理ＩＣ２６３）は、２つのＤＣ－ＤＣコンバータ（降圧用と昇圧用）を備えており、蓄電池（キャパシタ）１５０から供給された直流電圧を降圧して、当該直流電圧を角度センサ基板１４２及び制御基板１４３へ供給する。
【0027】
角度センサ基板１４２には、角度センサ４４３とＺ相検出器４４４が実装されている。Ｚ相検出器４４４は、例えば、ホールＩＣである。Ｚ相検出器４４４は、後述するＺ相用磁石１６２がＺ相検出器４４４の近傍を通過する毎に、１つのパルスを生成する。つまり、Ｚ相検出器４４４は、第１軸受２５が１回転する毎に、１つのパルスを生成する。
制御基板１４３には、制御回路１４５、アンテナ１４７、加速度センサ４４１及び温度センサ４４２が実装されている。なお、加速度センサ４４１、温度センサ４４２、角度センサ４４３、制御回路１４５及びアンテナ１４７は、別々のＩＣチップで構成されていてもよいし、それらの一部または全部が１つのＩＣチップで構成されていてもよい。温度センサ４４２は、加速度及び角度を検出した時（あるいは、検出前）の温度を検出するために設けられている。本実施形態で用いる加速度センサ４４１は、例えば、ＭＥＭＳ加速度センサである。また、本実施形態で用いる加速度センサ４４１は、図５Ａに示すように、３軸（Ｘ／Ｙ／Ｚ軸）のそれぞれで加速度値を測定する（加速度計測値を取得）ように構成されている（すなわち、３軸加速度センサである）。
制御基板１４３には、制御回路１４５、アンテナ１４７、加速度センサ４４１及び温度センサ４４２が実装されている。なお、加速度センサ４４１、温度センサ４４２、角度センサ４４３、制御回路１４５及びアンテナ１４７は、別々のＩＣチップで構成されていてもよいし、それらの一部または全部が１つのＩＣチップで構成されていてもよい。温度センサ４４２は、加速度及び角度を検出した時（あるいは、検出前）の温度を検出するために設けられている。本実施形態で用いる加速度センサ４４１は、例えば、ＭＥＭＳ加速度センサである。また、本実施形態で用いる加速度センサ４４１は、図５Ａに示すように、３軸（Ｘ／Ｙ／Ｚ軸）のそれぞれで加速度値を測定する（加速度計測値を取得）ように構成されている（すなわち、３軸加速度センサである）。
【0028】
コイルパターン１２３の両端は、コイル基板１２０の外周の所定位置に設けられた延出部１１６を介して、電源制御基板１４１に接続される。なお、延出部１１６の代わりに、リード線によりコイル基板１２０と電源制御基板１４１と接続してもよい。あるいは、延出部１１６の代わりに、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）コネクタによりコイル基板１２０と電源制御基板１４１と接続してもよい。ＦＰＣコネクタを使用した接続では、半田が不要となるので、計測装置１００の生産性を高めることができる。
【0029】
図３及び図４に戻って、回転部１３０は、環状の磁気トラック１３１と、環状の基材１３３と、環状の取付け治具１３５とを有する。基材１３３及び取付け治具１３５は、磁性を持つ金属材料であることが望ましい。磁気トラック１３１は、基材１３３の左面に設けられている。基材１３３は開口部を有する。取付け治具１３５は、基材１３３の右面に固定されている。取付け治具１３５は、基材１３３の右面から、基材１３３の開口部を通って、基材１３３の左面側に突き出ている。基材１３３の左面はカバー１１０と対向する面である。なお、磁気トラック１３１は、基材１３３に対して着脱可能な構成であってもよい。
【0030】
本実施形態では、磁気トラック１３１と基材１３３とを合わせて、エンコーダマグネットと称する。例えば、エンコーダマグネットは、金属製の基材１３３の一方の面にプラスチックマグネットが形成され、形成されたプラスチックマグネットの表面にＮ極とＳ極とが交互に着磁されることにより形成される。取付け治具１３５は、エンコーダマグネット（回転部１３０）を第１軸部２４ａに取り付けるための治具である。
【0031】
磁気トラック１３１は、Ｎ極１３１ＮとＳ極１３１Ｓとからなる磁極対３１１を複数有する。複数の磁極対３１１は、磁気トラック１３１の円周方向に並んでいる。Ｎ極１３１Ｎ及びＳ極１３１Ｓは、交互に配置されている。
磁気トラック１３１における隣り合うＮ極１３１ＮとＳ極１３１Ｓとの中心間の距離は、コイル基板１２０における隣り合うヨーク１２５の中心間の距離と同じである。
磁気トラック１３１における隣り合うＮ極１３１ＮとＳ極１３１Ｓとの中心間の距離は、コイル基板１２０における隣り合うヨーク１２５の中心間の距離と同じである。
【0032】
本実施形態では、回転中心軸Ａｘ（図５Ｂ）を中心に、コイル基板１２０に対して磁気トラック１３１が相対的に回転すると、隣り合うヨーク１２５のうち一方のヨーク１２５がＮ極と対向するときは、他方のヨーク１２５はＳ極と対向する。また、一方のヨーク１２５がＳ極と対向するときは、他方のヨーク１２５はＮ極と対向する。つまり、コイル基板１２０の隣り合うヨーク１２５は、磁気トラック１３１の同一磁極と対向することはない。これにより、一方のヨーク１２５を通る磁束密度の変化の位相と、他方のヨーク１２５を通る磁束密度の変化の位相は、１８０°ずれた状態となる。
【0033】
このように、コイル基板１２０に対して磁気トラック１３１が相対的に回転すると、ヨーク１２５と対向する磁極が交互に替わる。これにより、ヨーク１２５を通る磁束密度が周期的に変化する。この磁束密度の周期的な変化に応じて、ヨーク１２５の周りに位置するコイルパターン１２３に電圧変化（例えば、正弦波の交流電圧）が生成される。つまり、本実施形態では、第１軸受２５の内輪１１３が第１軸２４ａと共に回転すると、第１軸受２５の中で電磁誘導による発電が行われる。この発電は自己発電である。エンコーダマグネット（磁気トラック１３１）とコイル基板１２０の組み合わせは、発電部１４９と称されることがある。発電部１４９は、第１軸受２５の外輪１１２と内輪１１３との相対的な回転に基づいて発電することになる。第１軸受２５で生成された直流電圧は、蓄電池１５０に蓄えられる。
【0034】
Ｚ相用磁石ユニット１６０は、Ｚ相用磁石ホルダ１６１とＺ相用磁石（図示せず）を有する。Ｚ相用磁石ホルダ１６１は環状の部材であり、Ｚ相用磁石はＺ相用磁石ホルダ１６１に形成された孔に埋設されている。Ｚ相用磁石ホルダ１６１は金属製（例えば、アルミ製）である。Ｚ相用磁石ユニット１６０が第１軸２４ａと共に１回転すると、Ｚ相用磁石がＺ相検出器４４４を１回横切る。この時、Ｚ相検出器４４４は、１つのパルスを生成する。
【0035】
図６は、上記した自己発電のメカニズムを概略的に示した図である。図６において、コイルＣは、カバー（金属ケース）１１０に取り付けられたコイルパターン１２３に対応し、磁石Ｍは、第１軸受２５の内輪１１３に設けられたエンコーダマグネットに対応する。
図６に示すように、コイルＣと磁石Ｍが相対回転することで電磁誘導が生じて発電が行われる。発電された電流は交流であるため、整流回路２６１を通して直流に変換する。整流回路２６１は、例えば、ダイオードブリッジである。整流回路２６１で変換された電流には脈流が含まれる可能性があるので、本実施形態では、より直流に近い状態するために、整流回路２６１の出力を平滑回路２６２に接続している。
図６に示すように、コイルＣと磁石Ｍが相対回転することで電磁誘導が生じて発電が行われる。発電された電流は交流であるため、整流回路２６１を通して直流に変換する。整流回路２６１は、例えば、ダイオードブリッジである。整流回路２６１で変換された電流には脈流が含まれる可能性があるので、本実施形態では、より直流に近い状態するために、整流回路２６１の出力を平滑回路２６２に接続している。
【0036】
平滑回路２６２を通った直流は電源管理ＩＣ２６３に入力され、蓄電池（キャパシタ）１５０に蓄えられる。電源管理ＩＣ２６３は２つのＤＣ－ＤＣコンバータ（降圧用と昇圧用）を備えており、発電機（図６のＣとＭ）で発電される微小な電力が電源管理ＩＣ２６３の昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータにより昇圧されて、蓄電池１５０に蓄電される。蓄電池１５０への充電、過充電時の放電、及び、負荷Ｌ（センサ、回路基板）への出力Ｖｃｃは、電源管理ＩＣ２６３により管理される。
不定電圧の流入による制御基板１４３の暴走を阻止するために、電源管理ＩＣ２６３と負荷Ｌの間には、ＦＥＴ２６４を設けている。ＦＥＴ２６４により、負荷Ｌへの電力供給を完全に遮断することができる。
不定電圧の流入による制御基板１４３の暴走を阻止するために、電源管理ＩＣ２６３と負荷Ｌの間には、ＦＥＴ２６４を設けている。ＦＥＴ２６４により、負荷Ｌへの電力供給を完全に遮断することができる。
【0037】
第１軸２４ａの回転（コイル基板１２０と磁気トラック１３１との相対回転）によって得られる電力は極めて小さいため、電源管理ＩＣ２６３として、例えば、微小電力でも蓄電可能であるエナジーハーベスト向けの電源管理ＩＣを採用する（例えば、Texas Instruments社製超低消費電力ハーベスタ・パワー・マネージメントIC-BQ25570）。
【0038】
蓄電池１５０は、少なくとも、計測装置１００の１回分の動作が行える蓄電容量を有する。計測装置１００の１回分の動作とは、歯車の歯の角度位置及び加速度を所定時間（例えば、１秒）計測して、計測結果を歯車故障判断装置１０に送信するまでの動作のことである。
蓄電池１５０の充電が完了すると、電源管理ＩＣ２６３はＦＥＴ２６４に充電完了を知らせる充電完了信号を送る。
蓄電池１５０のＥＳＲ（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が低いほど瞬間的に取り出せる電流が増加するため、低ＥＳＲの蓄電池を採用することが好ましい。低ＥＳＲの蓄電池を採用しない場合、蓄電池１５０を並列に接続できるコンデンサや全固体電池を設けてもよい。この場合は、並列接続をするとよい。
なお、整流回路２６１、平滑回路２６２、電源管理ＩＣ２６３及びＦＥＴ２６４をまとめて回路群４３１（図８）と称する場合がある。
蓄電池１５０の充電が完了すると、電源管理ＩＣ２６３はＦＥＴ２６４に充電完了を知らせる充電完了信号を送る。
蓄電池１５０のＥＳＲ（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が低いほど瞬間的に取り出せる電流が増加するため、低ＥＳＲの蓄電池を採用することが好ましい。低ＥＳＲの蓄電池を採用しない場合、蓄電池１５０を並列に接続できるコンデンサや全固体電池を設けてもよい。この場合は、並列接続をするとよい。
なお、整流回路２６１、平滑回路２６２、電源管理ＩＣ２６３及びＦＥＴ２６４をまとめて回路群４３１（図８）と称する場合がある。
【0039】
図７は、電源管理ＩＣ２６３の動作を説明する２つのグラフを示している。図７の上のグラフの縦軸は、蓄電池１５０の電圧を示しており、横軸は時間を示している。下のグラフの縦軸は、充電完了信号を示している。このグラフの縦軸は信号の強度（ＨｉｇｈまたはＬｏｗ）を示し、横軸は時間を示している。充電完了信号がＬｏｗ（低）の場合は、蓄電池１５０の充電が完了していない（充電中）状態を表している。充電完了信号がＨｉｇｈ（高）の場合は、蓄電池１５０が電力供給している状態を表している。充電完了信号がＨｉｇｈからＬｏｗに移行した場合、蓄電池１５０が電力供給を停止（終了）し、充電状態になったことを表している。充電完了信号は電源管理ＩＣ２６３が生成する信号であり、図７の２つのグラフを組み合わせて見ると、電源管理ＩＣ２６３が蓄電池１５０の電圧に対してどのような管理（制御）を行うかが分かる。
【0040】
図７に示すように、充電完了信号がＬｏｗの場合、時間の経過に伴い、蓄電池１５０の充電量が増加し、時間ｔ１で充電完了信号がＨｉｇｈになる。時間ｔ１における蓄電池１５０の電圧はＶ２である。電圧Ｖ２は、負荷Ｌに給電を開始する電圧である。
時間ｔ１の後（負荷Ｌへの給電を開始した後）、負荷Ｌの電力消費が発電量より大きい場合には、電圧はＶ２から低下していく（実線J１）。電圧が低下してＶ１に到達すると、電源管理ＩＣ２６３は、負荷Ｌへの給電を停止する。Ｖ１は、Ｖｃｃと等しいか、Ｖｃｃより僅かに大きい値を有する。Ｖ１がＶｃｃより小さいと、コンバータとして機能しなくなるからである。
時間ｔ１の後（負荷Ｌへの給電を開始した後）、負荷Ｌの電力消費が発電量より大きい場合には、電圧はＶ２から低下していく（実線J１）。電圧が低下してＶ１に到達すると、電源管理ＩＣ２６３は、負荷Ｌへの給電を停止する。Ｖ１は、Ｖｃｃと等しいか、Ｖｃｃより僅かに大きい値を有する。Ｖ１がＶｃｃより小さいと、コンバータとして機能しなくなるからである。
【0041】
時間ｔ１の後、負荷Ｌの電力消費が発電量に等しい場合、電圧はＶ２を維持する（二点鎖線J２）。
時間ｔ１の後、負荷Ｌの電力消費が発電量より小さい場合、電圧はＶ２から上昇していく（一点鎖線J３）。電力が上昇してＶ３に到達すると、電源管理ＩＣ２６３は、蓄電池１５０への充電を停止する。これは、過充電を防ぐためである。
時間ｔ１の後、負荷Ｌの電力消費が発電量より小さい場合、電圧はＶ２から上昇していく（一点鎖線J３）。電力が上昇してＶ３に到達すると、電源管理ＩＣ２６３は、蓄電池１５０への充電を停止する。これは、過充電を防ぐためである。
【0042】
本実施形態では、蓄電池１５０は、計測装置１００の１回分の動作に必要な電力を蓄電できる容量を有する。つまり、図７の時間ｔ１から時間ｔ２において電圧がＶ２からＶ１に低下しても、時間ｔ１から時間ｔ２の間で、計測装置１００が１回分の動作を行うことができるようになっている。時間ｔ１から時間ｔ２の間は、電源供給できる時間であり、加速度及び角度の計測と、計測したデータの転送とが時間ｔ１から時間ｔ２の間に行われる。
【0043】
図８は、計測装置１００の構成を示すブロック図である。計測装置１００は、上述したように、電源制御基板１４１と、角度センサ基板１４２と、制御基板１４３を備える。角度センサ基板１４２は、センサ基板１７０とＺ相検出器基板１７１を備える。
電源制御基板１４１は、回路群４３１を備える。回路群４３１は、図６に示した整流回路２６１、平滑回路２６２、電源管理ＩＣ２６３及びＦＥＴ２６４を含む。回路群４３１は蓄電池１５０と発電部１４９に接続されている。
電源制御基板１４１は、回路群４３１を備える。回路群４３１は、図６に示した整流回路２６１、平滑回路２６２、電源管理ＩＣ２６３及びＦＥＴ２６４を含む。回路群４３１は蓄電池１５０と発電部１４９に接続されている。
【0044】
発電部１４９は、磁気トラック１３１（図４）とコイル基板１２０（図５Ｂ）を備える。発電部１４９は、軸受部２５０の外輪１１２と内輪１１３との相対的な回転に基づいて発電し、角度センサ基板１４２等に電力を供給する。
発電部１４９は、単相交流電力を発電して回路群４３１に出力する。回路群４３１の整流回路２６１は、発電部１４９で発電された単相交流電力を全波整流して直流電力へと変換する。整流回路２６１から出力された直流電力は、平滑回路２６２により平滑化され安定した電力にされる。当該電力は、その後、電源管理ＩＣ２６３を介して（電源管理ＩＣ２６３の昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータにより昇圧されて）蓄電池１５０に蓄電される。蓄電池１５０に蓄電された直流電力は、計測を行うタイミングで電源管理ＩＣ２６３を介して（電源管理ＩＣ２６３の降圧ＤＣ－ＤＣコンバータにより降圧されて）、角度センサ基板１４２及び制御基板１４３に出力される。
発電部１４９は、単相交流電力を発電して回路群４３１に出力する。回路群４３１の整流回路２６１は、発電部１４９で発電された単相交流電力を全波整流して直流電力へと変換する。整流回路２６１から出力された直流電力は、平滑回路２６２により平滑化され安定した電力にされる。当該電力は、その後、電源管理ＩＣ２６３を介して（電源管理ＩＣ２６３の昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータにより昇圧されて）蓄電池１５０に蓄電される。蓄電池１５０に蓄電された直流電力は、計測を行うタイミングで電源管理ＩＣ２６３を介して（電源管理ＩＣ２６３の降圧ＤＣ－ＤＣコンバータにより降圧されて）、角度センサ基板１４２及び制御基板１４３に出力される。
【0045】
センサ基板１７０には、角度センサ４４３が実装されている。Ｚ相検出器基板１７１には、Ｚ相検出器４４４が実装されている。制御基板１４３には、加速度センサ４４１と、温度センサ４４２と、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と称する）４５１と、外部メモリ４５２と、無線モジュール（送信部）４５３が実装されている。マイコン４５１、外部メモリ４５２及び無線モジュール４５３は、制御回路１４５（図５）に含まれる。
【0046】
加速度センサ４４１、温度センサ４４２及び角度センサ４４３は、電源制御基板１４１から供給される直流電力を使用して、それぞれ、加速度、温度及び回転角度（位置）を検出する。
例えば、角度センサ４４３は、磁気トラック１３１の側方に位置するようにセンサ基板１７０に実装されている。磁気トラック１３１を有する回転部１３０は軸受部２５０の内輪１１３に固定されており、角度センサ４４３は、軸受部２５０の内輪１１３と共に磁気トラック１３１が回転することによって変化する磁束密度を検出することによって、軸受部２５０の外輪１１２に対する内輪１１３の回転角度（軸受部２５０の外輪１１２と内輪１１３と間の角度）を検出する。角度センサ４４３は磁気式のセンサである。
なお、角度センサ４４３は、インクリメンタル型でもよいし、アブソリュート型でもよい。
例えば、角度センサ４４３は、磁気トラック１３１の側方に位置するようにセンサ基板１７０に実装されている。磁気トラック１３１を有する回転部１３０は軸受部２５０の内輪１１３に固定されており、角度センサ４４３は、軸受部２５０の内輪１１３と共に磁気トラック１３１が回転することによって変化する磁束密度を検出することによって、軸受部２５０の外輪１１２に対する内輪１１３の回転角度（軸受部２５０の外輪１１２と内輪１１３と間の角度）を検出する。角度センサ４４３は磁気式のセンサである。
なお、角度センサ４４３は、インクリメンタル型でもよいし、アブソリュート型でもよい。
【0047】
マイコン４５１は、ＣＰＵ４５５と、ＤＭＡコントローラ４５６と、内部メモリ４５７と、を備える。マイコン４５１は、加速度センサ４４１及び角度センサ４４３から取得した計測値を外部メモリ４５２に書き込む。ＤＭＡはＤｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓの略である。ＤＭＡコントローラは、以下の記載においてＤＭＡＣと称されることがある。また、内部メモリ４５７と外部メモリ４５２をまとめて記憶部２３０と称することがある。
【0048】
ＣＰＵ４５５は、記憶部２３０、加速度センサ４４１、温度センサ４４２及び角度センサ４４３の初期化や、ＤＭＡコントローラ４５６の初期設定を行う。ＤＭＡコントローラ４５６は、ＤＭＡトリガ（加速度センサ４４１からのＩＮＴ信号）を入力すると、ＤＭＡ転送を開始する。具体的には、ＤＭＡコントローラＣ４５６は、ＤＭＡトリガを入力すると、ＣＰＵ４５５を介さずに、加速度センサ４４１及び角度センサ４４３がそれぞれ保持する最新の計測値（計測データ）を、無変換データ（生データ）のまま記憶部２３０（内部メモリ４５７または外部メモリ４５２）に転送する。
加速度センサ４４１及び角度センサ４４３は、それぞれ定められた更新周期で計測値（計測により取得する計測値）を更新し、保持する。加速度センサ４４１がＭＥＭＳ加速度センサである場合、更新周期はＭＥＭＳ加速度センサのＯＤＲ（Ｏｕｔｐｕｔ Ｄａｔａ Ｒａｔｅ）となる。加速度センサ４４１はデータ出力可能になる度にＩＮＴ信号（割り込み信号）を生成し、当該ＩＮＴ信号がＤＭＡコントローラ４５６にトリガとして入力される。更新周期（サンプリング周期）については、図１０を用いて後述する。
加速度センサ４４１及び角度センサ４４３は、それぞれ定められた更新周期で計測値（計測により取得する計測値）を更新し、保持する。加速度センサ４４１がＭＥＭＳ加速度センサである場合、更新周期はＭＥＭＳ加速度センサのＯＤＲ（Ｏｕｔｐｕｔ Ｄａｔａ Ｒａｔｅ）となる。加速度センサ４４１はデータ出力可能になる度にＩＮＴ信号（割り込み信号）を生成し、当該ＩＮＴ信号がＤＭＡコントローラ４５６にトリガとして入力される。更新周期（サンプリング周期）については、図１０を用いて後述する。
【0049】
無線モジュール４５３は、ＣＰＵ４５５の制御下で、内部メモリ４５７や外部メモリ４５２に記憶されたデータを歯車故障判断装置１０に送信する。無線モジュール４５３は、アンテナ１４７を備える。例えば、無線モジュール４５３は、ＢＬＥなどの無線通信によりデータを歯車故障判断装置１０に送信する。ＢＬＥはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙの略である。送信されたデータは、歯車故障判断装置１０の通信部１５で受信され、歯車故障判断装置１０の制御部１２により処理される。
ＢＬＥを用いる場合、データは、例えば、１パケットずつ送信する。なお、スループットを大きくしたい場合には、Ｍｏｒｅ ｄａｔａやＤａｔａ Ｌｅｎｇｔｈ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎを利用してもよい。あるいは、ＢＬＥ５．ｘで規定されているＰＨＹ ２Ｍｂｐｓを採用することにより、スループットを大きくすることもできる。
ＢＬＥを用いる場合、データは、例えば、１パケットずつ送信する。なお、スループットを大きくしたい場合には、Ｍｏｒｅ ｄａｔａやＤａｔａ Ｌｅｎｇｔｈ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎを利用してもよい。あるいは、ＢＬＥ５．ｘで規定されているＰＨＹ ２Ｍｂｐｓを採用することにより、スループットを大きくすることもできる。
【0050】
第１軸受２５と歯車故障判断装置１０が無線通信を行う場合、ＢＬＥ以外の通信規格に準拠した無線通信を行ってもよい。例えば、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）やＴｈｒｅａｄを採用してもよい。あるいは、ＢＬＥとは異なる周波数帯域（例えば、９２０ＭＨｚ帯特定小電力無線）を利用してもよい。
【0051】
なお、加速度センサ４４１及び角度センサ４４３から取得した計測値を外部メモリ４５２に書き込む場合について説明したが、加速度センサ４４１及び角度センサ４４３から取得した計測値を内部メモリ４５７に書き込むようにしてもよいし、内部メモリ４５７と外部メモリ４５２とを併用してもよい。また、内部メモリ４５７と外部メモリ４５２とは１つのメモリであってもよい。
【0052】
図９は計測装置１００の動作及び処理を説明するためのタイミングチャートである。図９（Ａ）は負荷Ｌ（加速度センサ４４１、角度センサ４４３、回路基板群１４０）への給電（電源ＯＮ）のタイミングを示す。電源ＯＮのタイミングは、電源管理ＩＣ２６３が負荷Ｌに給電を開始した時点を示しており、図７の時間ｔ１の時点（電力供給開始）に相当する。
図９（Ｂ）は、計測装置１００が歯車故障判断装置１０に無線ネットワーク（ＢＬＥ）で接続するタイミングを示している。「ペアリング時間」とは、計測装置１００が歯車故障判断装置１０との通信（接続）を確立するのに要する時間である。ペアリング時間は、例えば、３．５～５秒である。「ペアリング完了」はＢＬＥ接続が確立された時点を示している。
図９（Ｂ）は、計測装置１００が歯車故障判断装置１０に無線ネットワーク（ＢＬＥ）で接続するタイミングを示している。「ペアリング時間」とは、計測装置１００が歯車故障判断装置１０との通信（接続）を確立するのに要する時間である。ペアリング時間は、例えば、３．５～５秒である。「ペアリング完了」はＢＬＥ接続が確立された時点を示している。
【0053】
図９（Ｃ）は、Ｚ相検出器４４４が出力するパルスを示している。本実施形態では、Ｚ相検出器４４４の出力はアクティブロー（Ｌｏｗ）であり、Ｚ相検出器４４４は、Ｚ相用磁石を検出すると、Ｌｏｗ信号を出力する。「処理待ち時間」は、ＣＰＵ４５５が所定のモニタリング処理を終了するのに必要な時間以上の時間に設定されている。処理待ち時間は、例えば、３０秒である。処理待ち時間が終了すると、角度センサ４４３が起動される。角度センサ４４３の起動後、角度センサ４４３が初期化される（角度センサ初期化時間）。角度センサ４４３の初期化とは、角度センサ４４３に給電がなされて角度センサ４４３が正しく動作できるようになることを意味する。角度センサ４４３の初期化が終了すると、ＣＰＵ４４３は計測準備を開始する。角度センサ初期化時間は、例えば、１００ｍｓである。
【0054】
図９（Ｄ）は、加速度センサ４４１が出力したパルス（加速度計測値）であって、加速度センサ４４１から外部メモリ４５２に記憶されるパルスを示している。加速度センサ４４１の出力パルスは、第１歯車２２と第２歯車２３のかみ合いにより、第１歯車２２で生じた振動を表している。なお、ここでは３軸（Ｘ／Ｙ／Ｚ軸）のうちのいずれかの軸についての、加速度センサ４４１による出力パルス（加速度計測値）を示している。加速度センサ４４１は、所定の計測時間、３軸それぞれについての加速度を検出し、当該加速度を保持している。所定の計測時間は、第１軸２４ａが１回転するのに必要な時間以上である。
図９（Ｄ）に示す「計測開始遅れ」の間に、ＣＰＵ４５５は３つの処理（１）～（３）を行う。
処理（１）で、ＣＰＵ４５５は、温度センサ４４２から測定開始前の温度データを取得する。ＣＰＵ４５５は、温度センサ４４２が計測した温度に基づいて、第１軸受２５内部で異常な発熱が生じていないかを判定することができる。ＣＰＵ４５５は、温度センサ４４２が計測した温度が所定値以上である場合、異常発熱を示す信号を歯車故障判断装置１０に送信する。当該信号を受信した歯車故障判断装置１０は、異常発熱を示すメッセージを表示部１４に表示する。また、ＣＰＵ４５５は、温度センサ４４２が計測した温度に基づいて、角度センサ４４３が計測した角度を補正することができる。角度センサ４４３は磁気式センサであるので、温度変化による磁気への影響が角度センサ４４３の検出誤差（測定誤差）として現れる場合がある。この角度誤差については、事前に温度毎にどのような影響・誤差が角度センサ４４３の検出値（測定値）に現れるかを確認しておき、当該影響・誤差を打ち消す補正を行うための補正テーブルを作成する。そして、ＣＰＵ４５５は、補正テーブルに基づいて、角度データの補正を行う。
処理（２）で、ＣＰＵ４５５は、ＤＭＡコントローラ４５６のプログラミングを行う。ＤＭＡコントローラ４５６のプログラミングとは、加速度センサ４４１からのＩＮＴ信号をトリガにして加速度センサ４４１及び角度センサ４４３の計測データを取得し、外部メモリ４５２に当該計測データを格納することである。
処理（３）は、ＣＰＵ４５５は、計測終了（タイマアウト）を判定するためのＷａｋｅ－ｕｐタイマを設定する。
図９（Ｄ）に示す「計測開始遅れ」の間に、ＣＰＵ４５５は３つの処理（１）～（３）を行う。
処理（１）で、ＣＰＵ４５５は、温度センサ４４２から測定開始前の温度データを取得する。ＣＰＵ４５５は、温度センサ４４２が計測した温度に基づいて、第１軸受２５内部で異常な発熱が生じていないかを判定することができる。ＣＰＵ４５５は、温度センサ４４２が計測した温度が所定値以上である場合、異常発熱を示す信号を歯車故障判断装置１０に送信する。当該信号を受信した歯車故障判断装置１０は、異常発熱を示すメッセージを表示部１４に表示する。また、ＣＰＵ４５５は、温度センサ４４２が計測した温度に基づいて、角度センサ４４３が計測した角度を補正することができる。角度センサ４４３は磁気式センサであるので、温度変化による磁気への影響が角度センサ４４３の検出誤差（測定誤差）として現れる場合がある。この角度誤差については、事前に温度毎にどのような影響・誤差が角度センサ４４３の検出値（測定値）に現れるかを確認しておき、当該影響・誤差を打ち消す補正を行うための補正テーブルを作成する。そして、ＣＰＵ４５５は、補正テーブルに基づいて、角度データの補正を行う。
処理（２）で、ＣＰＵ４５５は、ＤＭＡコントローラ４５６のプログラミングを行う。ＤＭＡコントローラ４５６のプログラミングとは、加速度センサ４４１からのＩＮＴ信号をトリガにして加速度センサ４４１及び角度センサ４４３の計測データを取得し、外部メモリ４５２に当該計測データを格納することである。
処理（３）は、ＣＰＵ４５５は、計測終了（タイマアウト）を判定するためのＷａｋｅ－ｕｐタイマを設定する。
【0055】
処理開始遅れは、例えば、約４８０ｍｓである。上記３つの処理の実施後、ＣＰＵ４５５はスリープ（Ｓｌｅｅｐ）状態になる。加速度及び角度の計測は、ＣＰＵ４５５がスリープ状態にある間に、ＤＭＡコントローラ４５６、加速度センサ４４１、加速度センサ４４３などの必要最小限の機能ブロックのみを起動して行う。加速度及び角度の計測は、計測データ数が指定されたデータ数に到達するか、タイムアウト時間に到達するかで終了する。加速度及び角度の計測が終了すると、ＣＰＵ４５５のスリープは解除される。タイムアウト時間に到達したかどうかは、Ｗａｋｅ－ｕｐタイマの計時により判定する。このようにすることで、最低限の機能ブロックだけが動作し、低消費電力による計測システムが実現できる。
【0056】
図９（Ｄ）に示す「データ転送時間」は、計測装置１００から歯車故障判断装置１０へデータ（加速度センサの計測値と角度センサの計測値の対）を転送するために必要な時間である。データ転送時間は、例えば、２～３秒である。図９（Ａ）の電源ＯＮからデータ転送時間の終わりまでが、計測装置１００の１回の動作である。
【0057】
図９（Ｅ）は、角度センサ４４３が出力したパルス（角度計測値）であって、角度センサ４４３から外部メモリ４５２に記憶されるパルスを示している。角度センサ４４３は、所定の計測時間、角度位置を検出（計測）する。角度センサ４４３の波形は加速度センサ４４１の波形に比べて、図９（Ｅ）に示す「ＤＭＡ遅れ」の分だけ、遅れて外部メモリ４５２に記憶される。
理論的には、加速度センサ４４１の計測値と角度センサ４４３の計測値は、加速度センサ４４１からのＩＮＴ信号を共通のタイミングソース（トリガ）としてＤＭＡ転送される（サンプリングされる）。しかし、実際には、加速度センサ４４１の計測値と角度センサ４４３の計測値の転送にはナノ秒レベルのずれがあり、当該ずれを図９（Ｅ）において「ＤＭＡ遅れ」と記載している。
理論的には、加速度センサ４４１の計測値と角度センサ４４３の計測値は、加速度センサ４４１からのＩＮＴ信号を共通のタイミングソース（トリガ）としてＤＭＡ転送される（サンプリングされる）。しかし、実際には、加速度センサ４４１の計測値と角度センサ４４３の計測値の転送にはナノ秒レベルのずれがあり、当該ずれを図９（Ｅ）において「ＤＭＡ遅れ」と記載している。
【0058】
図１０は、加速度センサ４４１の計測値と角度センサ４４３の計測値の更新周期を示している。本実施形態では、図１０に示すように、加速度センサ４４１の計測値の更新完了タイミングと角度センサ４４３の計測値の更新完了タイミング（サンプリングタイミング）が同期するように設定されている。つまり、加速度センサ４４１の更新周期（サンプリング周期）と角度センサ４４３の更新周期（サンプリング周期）とは、等しい。そして、加速度センサ４４１の計測値と角度センサ４４３の計測値が、同期した形で（同じ時間基準を共有するか、少なくとも１つの時間基準を共有して）、外部メモリ４５２に記憶される。こうすると、加速度データと角度データとが一対一で対応した（同じ時間基準を共有したペアの形で）計測データを取得することができる。このように、本実施形態では、時間に同期した角度・加速度計測が行われる。尚、加速度センサ４４１のサンプリング周波数（ＯＤＲ）は、例えば、１～５３７６Ｈｚの範囲内から予め選択（設定）されている。
【0059】
計測装置１００の１回の動作が終了すると、次の回の動作（２回目の動作）が始まる。つまり、図９（Ｃ）に示す「処理待ち時間」が経過するまで待って（この間に、電源管理ＩＣ２６３から各センサ等に給電がなされる）、角度センサ４４３の初期化を行い、計測が開始される。計測値を判断装置１０へ転送すると、計測装置１００の２回目の動作が終了することになる。
【0060】
図１１は、計測装置１００の動作及び処理を説明するためのフローチャートである。ＳはＳｔｅｐ（ステップ）の略である。計測装置１００には電力が供給されており（図９（Ａ）の電源ＯＮになっており）、ＢＬＥ通信接続も確立されているとする（図９（Ｂ））。
Ｓ１において、処理待ち時間（例えば、３０秒）が経過したかを判定する（図９（Ｃ））。判定結果がＹｅｓの場合、Ｓ２に進む。判定結果がＮｏの場合、Ｓ１を繰り返す。
Ｓ１において、処理待ち時間（例えば、３０秒）が経過したかを判定する（図９（Ｃ））。判定結果がＹｅｓの場合、Ｓ２に進む。判定結果がＮｏの場合、Ｓ１を繰り返す。
【0061】
Ｓ２において、Ｚ相検出器４４４がＺ相用磁石１６２を検知したかを判定する（図９（Ｃ））。判定結果がＹｅｓの場合、Ｓ３に進む。判定結果がＮｏの場合、Ｓ２を繰り返す。
Ｓ３において、角度センサ４４３を起動する（初期化を行う）。これは図９（Ｃ）の角度センサ初期化時間（１００ｍｓ）に行われる。角度センサ初期化時間が経過したならば、Ｓ４に進む。
Ｓ３において、角度センサ４４３を起動する（初期化を行う）。これは図９（Ｃ）の角度センサ初期化時間（１００ｍｓ）に行われる。角度センサ初期化時間が経過したならば、Ｓ４に進む。
【0062】
Ｓ４において、Ｚ相検出器４４４がＺ相用磁石１６２を検出したかを判定する。判定結果がＹｅｓの場合、Ｓ５に進む。つまり、角度センサ４４３の初期化（角度センサ初期化時間）が終了した後にＺ相用磁石を検出したらならば、Ｓ５に進む。判定結果がＮｏの場合、Ｓ４を繰り返す。
Ｓ５において、ＤＭＡにより、加速度センサ４４１の計測値（図９（Ｄ））と、角度センサ４４３の計測値（図９（Ｅ））が、同期した形で、外部メモリ４５２に記憶される。
Ｓ６において、加速度センサ４４１の計測値と角度センサ４４３の計測値は、計測装置１００から歯車故障判断装置１０にＢＬＥ無線通信で送信（転送）される。データ送信後、Ｓ１に戻る。
このように、Ｓ１～Ｓ６によって、計測装置１００の１回分の動作が行われる。
Ｓ５において、ＤＭＡにより、加速度センサ４４１の計測値（図９（Ｄ））と、角度センサ４４３の計測値（図９（Ｅ））が、同期した形で、外部メモリ４５２に記憶される。
Ｓ６において、加速度センサ４４１の計測値と角度センサ４４３の計測値は、計測装置１００から歯車故障判断装置１０にＢＬＥ無線通信で送信（転送）される。データ送信後、Ｓ１に戻る。
このように、Ｓ１～Ｓ６によって、計測装置１００の１回分の動作が行われる。
【0063】
次に、本実施形態における歯車故障検出の原理について説明する。つまり、計測装置１００から加速度センサ４４１及び角度センサ４４３の計測値を受信した歯車故障判断装置１０が行う処理について説明する。まず、図１２を用いて、歯毎の加速度曲線を取得する手法について説明する。説明を簡単にするために、第１歯車２２は、図１２（Ａ）に示すように、３つの歯（歯１、２、３）を有しているとする。第１歯車２２とかみ合う第２歯車２３は、４つ以上の歯を有するとする。
図１２（Ｂ）は、第１歯車２２が３つの歯（歯１、２、３）を有している場合の加速度センサ４４１による加速度計測値（図９（Ｄ））を縦軸に示し、角度センサ４４３の計測値（図９（Ｅ））を横軸に示したグラフである。ここでは、３軸（Ｘ／Ｙ／Ｚ軸）のうちのいずれかの軸について計測された加速度計測値を示す。第１歯車２２と第２歯車２３がかみ合って、第１歯車２２が１回転すると、歯１→歯２→歯３の順に、第２歯車２３の歯（図示せず）と接触し、図１２（Ｂ）に示すように、歯１の振動→歯２の振動→歯３の振動の順に、加速度センサ４４１の計測値が得られる。
図１２（Ｂ）は、第１歯車２２が３つの歯（歯１、２、３）を有している場合の加速度センサ４４１による加速度計測値（図９（Ｄ））を縦軸に示し、角度センサ４４３の計測値（図９（Ｅ））を横軸に示したグラフである。ここでは、３軸（Ｘ／Ｙ／Ｚ軸）のうちのいずれかの軸について計測された加速度計測値を示す。第１歯車２２と第２歯車２３がかみ合って、第１歯車２２が１回転すると、歯１→歯２→歯３の順に、第２歯車２３の歯（図示せず）と接触し、図１２（Ｂ）に示すように、歯１の振動→歯２の振動→歯３の振動の順に、加速度センサ４４１の計測値が得られる。
【0064】
図１２（Ｂ）の加速度センサ４４１の波形が得られたならば、歯１の線分だけを集めて、図１２（Ｃ）のように、歯１の曲線Ｒ１を生成する。つまり、図１２（Ｂ）の区間Ｐ１とＰ４とＰ７（図示せず）とＰ１０（図示せず）の線分をつなげることにより、図１２（Ｃ）の、非コヒーレントな曲線Ｒ１が取得できる。尚、曲線Ｒ１を生成する際に使用する歯１の線分の数は、計測装置１００から歯車故障判断装置１０に送信された計測値のボリュームに依る。
同様に、歯２の線分だけを集めて、図１２（Ｃ）のように、歯２の曲線Ｒ２を生成する。つまり、図１２（Ｂ）の区間Ｐ２とＰ５（図示せず）とＰ８（図示せず）とＰ１１（図示せず）の線分をつなげることにより、図１２（Ｃ）の曲線Ｒ２が取得できる。
同様に、歯３の線分だけを集めて、図１２（Ｃ）のように、歯３の曲線Ｒ３を生成する。つまり、図１２（Ｂ）の区間Ｐ３とＰ６（図示せず）とＰ９（図示せず）とＰ１２（図示せず）の線分をつなげることにより、図１２（Ｃ）の曲線Ｒ３が取得できる。
また、本実施形態では、加速度センサ４４１は、３軸（Ｘ／Ｙ／Ｚ軸）のそれぞれについての加速度計測値を取得するように構成されている。図１２（Ｃ）に示す歯毎の加速度曲線Ｒ１、Ｒ２及びＲ３のような曲線を、３軸それぞれについて取得する。
このようにして、本実施形態では、歯毎に、３軸それぞれについての加速度曲線を取得する。
同様に、歯２の線分だけを集めて、図１２（Ｃ）のように、歯２の曲線Ｒ２を生成する。つまり、図１２（Ｂ）の区間Ｐ２とＰ５（図示せず）とＰ８（図示せず）とＰ１１（図示せず）の線分をつなげることにより、図１２（Ｃ）の曲線Ｒ２が取得できる。
同様に、歯３の線分だけを集めて、図１２（Ｃ）のように、歯３の曲線Ｒ３を生成する。つまり、図１２（Ｂ）の区間Ｐ３とＰ６（図示せず）とＰ９（図示せず）とＰ１２（図示せず）の線分をつなげることにより、図１２（Ｃ）の曲線Ｒ３が取得できる。
また、本実施形態では、加速度センサ４４１は、３軸（Ｘ／Ｙ／Ｚ軸）のそれぞれについての加速度計測値を取得するように構成されている。図１２（Ｃ）に示す歯毎の加速度曲線Ｒ１、Ｒ２及びＲ３のような曲線を、３軸それぞれについて取得する。
このようにして、本実施形態では、歯毎に、３軸それぞれについての加速度曲線を取得する。
【0065】
次に、歯車故障判断装置１０が実行する故障検出処理について、図１３を用いて説明する。図１３では、歯車はより実際の歯車に近いものを用いる。具体的には、第１歯車２２が２２個の歯を有する場合を考える。本実施形態では、歯車の歯毎に故障を検出するために、Per-tooth法（Per-tooth評価法）と称される手法を用いる。
計測装置１００からは、加速度センサ４４１の計測値ａ（ｔ）と角度センサ４４３の計測値φ（ｔ）が１組になったデータが歯車故障判断装置１０に送信され、歯車故障判断装置１０の記憶部１３には当該データが時間ｔと共に記憶される（符号５００）。
歯車故障判断装置１０のユーザは、歯車の歯の数を入力部１１から入力する（符号５１０）。尚、必須ではないが、歯の角度オフセット値を入力する場合もある。歯の角度オフセット値とは、特定の既知の歯がどの絶対角度位置に位置しているかを示す（把握する）ための校正値（キャリブレーション値）である。角度オフセット値については、図１４と図１５を用いて後述する。
計測装置１００からは、加速度センサ４４１の計測値ａ（ｔ）と角度センサ４４３の計測値φ（ｔ）が１組になったデータが歯車故障判断装置１０に送信され、歯車故障判断装置１０の記憶部１３には当該データが時間ｔと共に記憶される（符号５００）。
歯車故障判断装置１０のユーザは、歯車の歯の数を入力部１１から入力する（符号５１０）。尚、必須ではないが、歯の角度オフセット値を入力する場合もある。歯の角度オフセット値とは、特定の既知の歯がどの絶対角度位置に位置しているかを示す（把握する）ための校正値（キャリブレーション値）である。角度オフセット値については、図１４と図１５を用いて後述する。
【0066】
歯車故障判断装置１０は、角度と歯のマップ（角度と歯のマッピング関数）を作成する（符号５２０）。図１４及び図１５は角度と歯のマップである。図１４のマップの縦軸は２２個の歯を示し、横軸は軸角度位置（相対値）を示す。図１４は角度オフセット値を用いずに作成したマップである。角度オフセット値を用いないと、マップ作成時に軸角度＝０度の位置にある歯を１番の歯とする。
図１５のマップの縦軸は２２個の歯を示し、横軸は軸角度位置（絶対値）を示す。つまり、図１５は角度オフセット値を用いて作成したマップである。図１５のマップを作成する場合、歯車の歯には予め番号（または印）を付けておく（図１５の例では歯番号：１番～２２番）。マップ作成時に軸角度＝０度の位置にある歯は、図１５の例では、２０番の歯である。つまり１番の歯は４４．６度（絶対角度）で噛み合いを開始するので、図１５では、角度オフセット値として４４．６度を歯車故障判断装置１０に入力することになる（符号５１０）。
図１５のマップの縦軸は２２個の歯を示し、横軸は軸角度位置（絶対値）を示す。つまり、図１５は角度オフセット値を用いて作成したマップである。図１５のマップを作成する場合、歯車の歯には予め番号（または印）を付けておく（図１５の例では歯番号：１番～２２番）。マップ作成時に軸角度＝０度の位置にある歯は、図１５の例では、２０番の歯である。つまり１番の歯は４４．６度（絶対角度）で噛み合いを開始するので、図１５では、角度オフセット値として４４．６度を歯車故障判断装置１０に入力することになる（符号５１０）。
【0067】
図１４及び図１５に示すように、歯車は１周で３６０度なので、３６０度を２２で割った線分Ｓが２２個できる。図１４及び図１５は、軸角度位置が決まると、２２個の歯のうちの１つの歯が決まるので、マッピング関数を表していると言える。つまり、符号５２０の処理によりマッピング関数が生成される。歯車故障判断装置１０は、図１４のマップまたは図１５のマップを使用する。図１４のマップを使用した場合、歯車のどの歯が図１４の縦軸の１番の歯なのかが分からないが、歯車に破損した歯が含まれていることは分かる。図１５のマップを使用した場合、歯車のどの歯が図１５の１番の歯なのかが分かる。以下の記載においては、図１５のマップを使用するとする。
【0068】
角度と歯のマップ（マッピング関数）を生成した後、歯車故障判断装置１０は、歯毎の平均加速度信号強度を算出する（符号５３０）。平均加速度信号強度は、以下、加速度信号強度と称する。加速度信号強度の算出において入力として用いる数値及び情報は、計測装置１００から受信する計測データと、図１５のマップである。計測データは、符号５００で示すように、角度位置情報（φ（ｔ））と加速度計測値（ａ（ｔ））である。ｋ番目の歯の加速度信号強度の算出は、Per-tooth法に従い、式（１）を用いて行う。
【数1】
【0069】
ここで、Ｐ（ｔｏｏｔｈ＝ｋ）はｋ番目の歯の加速度信号強度（ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ ｐｏｗｅｒ）であり、ｓ（φ（ｉ））はあるサンプルｉの角度位置における加速度計測値である。ｔｏｏｔｈ（φ（ｉ））は、あるサンプルｉの角度位置におけるマッピング関数の値である。ｋ番目の歯でない場合は、ｔｏｏｔｈ（φ（ｉ））はｋに等しくないので、ｓ（φ（ｉ））は０になる。ｋ番目の歯であれば、ｔｏｏｔｈ（φ（ｉ））はｋに等しいので、ｓ（φ（ｉ））は加速度値計測値（ａ（ｉ））になる。ｎsamples,kは、条件（*）に合致する歯のサンプル数（ｋ番目の歯の加速度計測値の取得数）を示している。
【0070】
式（１）により、全ての加速度計測値（サンプル値）が平方されて合計され、１つの歯当たりのサンプル数で除算されて、１つの歯当たりの加速度信号強度値を得ることができる。つまり、ｋ番目の歯の加速度信号強度を得ることができる。この計算を歯車の各歯について行うので、２２個の歯の加速度信号強度値Ｐのリストを作成することができる。つまり、符号５３０の処理により、２２個の歯の加速度信号強度値を得ることができる。
図１３の符号５４０は、式（１）で使用する値を、歯毎に示している。
図１３の符号５４０は、式（１）で使用する値を、歯毎に示している。
【0071】
本実施形態では、上記のように、加速度センサ４４１は、３軸（Ｘ／Ｙ／Ｚ軸）のそれぞれで加速度計測値を取得するように構成されている。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対して取得される加速度計測値をそれぞれ、ｘ（φ（ｉ））、ｙ（φ（ｉ））、ｚ（φ（ｉ））とする。ｋ番目の歯（ｔｏｏｔｈ（φ（ｉ））＝ｋ）の場合に、式（１）におけるｓ（φ（ｉ））を、これらの加速度計測値の合成（ベクトル合成）として定義する。このとき、ｓ（φ（ｉ））は以下の式（２）のように表される。
なお、ｘ（φ（ｉ））、ｙ（φ（ｉ））、ｚ（φ（ｉ））はそれぞれ、フィルタ処理を施した後の各軸についての加速度計測値であってもよい。
【数2】
【0072】
よって、３軸のそれぞれで取得された加速度計測値を用いると、式（２）を用いて、式（１）の加速度信号強度は以下の式（３）のように表される。
【数3】
【0073】
式（３）の計算が終了すると、図１３の符号５５０の処理が行われる。この処理により、相対的な信号強度係数（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｓｉｇｎａｌ ｐｏｗｅｒ ｖａｌｕｅｓ）を計算する。この信号強度係数は、歯の損傷を表す指標となる。歯と歯がかみ合うと、歯に損傷が無くても振動が発生する。正常な歯から発生する振動と、異常な歯から発生する振動を容易に区別できるように、本実施形態では、符号５５０の処理を行う。具体的には、符号５５０の処理では、まず、式（４）の計算を行う。すなわち、歯車の全ての歯の加速度信号強度の平均値Ｐ￣を計算する。
Ｚは加速度信号強度の取得数、つまり歯車の歯の数を表す。
【数4】
【0074】
次に、式（５）を用いて、各歯について相対信号強度係数を計算する。
【数5】
【0075】
相対信号強度係数Ｐrel（ｋ）は次のような特性を表す係数である。
歯ｋの信号強度が平均加速度信号強度に一致するなら、Ｐrel（ｋ）= ０となる。
歯ｋの信号強度が平均加速度信号強度の２倍である場合、Ｐrel（ｋ）＝１となる。
歯ｋの信号強度が平均加速度信号強度の３倍である場合、Ｐrel（ｋ）＝２となる。
以下、同様にＰrel（ｋ）が３、４、・・・となる。
尚、歯ｋの信号強度が平均加速度信号強度より低い場合、Ｐrel（ｋ）の値は０より小さい値を取り得る（つまり、Ｐrel（ｋ）＝０ではなくＰrel（ｋ）＜０となり得る）。
従って、平均振動基準がゼロになるように正規化すれば、Ｐrel（ｋ）の値は、各歯の正常・異常の評価を簡単に行うための数値となる。当該評価は、作業者の判断に基づく評価でもよいし、自動評価でもよい（例えば、閾値を設定し、Ｐrel（ｋ）の値が閾値以上なら異常という評価をする）。
このように、本実施形態によれば、個々の歯の状態を示すインジケータとして、加速度信号強度の歯毎の評価（Per-tooth評価）が可能になる。この評価は、加速度データと角度データを周期的に同期サンプリングすることにより行うことができる。
歯ｋの信号強度が平均加速度信号強度に一致するなら、Ｐrel（ｋ）= ０となる。
歯ｋの信号強度が平均加速度信号強度の２倍である場合、Ｐrel（ｋ）＝１となる。
歯ｋの信号強度が平均加速度信号強度の３倍である場合、Ｐrel（ｋ）＝２となる。
以下、同様にＰrel（ｋ）が３、４、・・・となる。
尚、歯ｋの信号強度が平均加速度信号強度より低い場合、Ｐrel（ｋ）の値は０より小さい値を取り得る（つまり、Ｐrel（ｋ）＝０ではなくＰrel（ｋ）＜０となり得る）。
従って、平均振動基準がゼロになるように正規化すれば、Ｐrel（ｋ）の値は、各歯の正常・異常の評価を簡単に行うための数値となる。当該評価は、作業者の判断に基づく評価でもよいし、自動評価でもよい（例えば、閾値を設定し、Ｐrel（ｋ）の値が閾値以上なら異常という評価をする）。
このように、本実施形態によれば、個々の歯の状態を示すインジケータとして、加速度信号強度の歯毎の評価（Per-tooth評価）が可能になる。この評価は、加速度データと角度データを周期的に同期サンプリングすることにより行うことができる。
【0076】
次に、上記した実施形態の効果について説明する。
図１６は、加速度センサ４４１により取得された３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）についての加速度計測値の一例を示す図である。なお、当該加速度計測値を取得する際に使用した加速度センサ４４１はサンプリング周波数が５ｋＨｚ、情報ビット数が８ビットである。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各データ（加速度は計測結果に対して５点移動平均処理を行っている）を示すグラフにおいて、縦軸は加速度計測値を示し、横軸は機械角を示す。
図１６からわかるように、Ｚ軸について加速度計測値は、全歯にわたってＰｅａｋ－Ｐｅａｋ値（最大－最小のピーク値）が同様であるが、Ｘ軸とＹ軸についての加速度計測値は、Ｐｅａｋ－Ｐｅａｋ値が歯によって異なることがわかる。
例えば、図１６の点線で囲まれる歯番号（歯番号：２２、１、２，３、４）の加速度計測値のＰｅａｋ－Ｐｅａｋ値は、Ｚ軸では他の歯番号（歯番号５～２１）と同様な値であるが、Ｘ軸とＹ軸では当該他の歯番号よりも大きい値となっている。上記式（１）～（５）を参照して説明したように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれについての加速度計測値を用いて相対信号強度係数Ｐrel（ｋ）を算出すると、３軸の少なくともいずれかについての加速度計測値が大きいほど、当該係数は大きい値となる。すなわち、歯の損傷の度合いが数値として表れる。
このように、３軸のうちのある１軸でのみ加速度計測値を計測した場合には埋没し得る歯の損傷が、他の２軸についても加速度計測値を計測して３軸についての加速度計測値を合成して損傷の有無を判断することにより、感度良く発見することが可能となる。すなわち、単軸のデータがＰｅａｋ－Ｐｅａｋ値の異常を捉えることができない場合であっても、他の軸のデータが、それを補うことで高い診断感度を実現することが可能となる。このように、３軸それぞれについての加速度計測値を合成して歯の損傷の有無を判断することにより、損傷に対する診断感度が高くなる。
図１６は、加速度センサ４４１により取得された３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）についての加速度計測値の一例を示す図である。なお、当該加速度計測値を取得する際に使用した加速度センサ４４１はサンプリング周波数が５ｋＨｚ、情報ビット数が８ビットである。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各データ（加速度は計測結果に対して５点移動平均処理を行っている）を示すグラフにおいて、縦軸は加速度計測値を示し、横軸は機械角を示す。
図１６からわかるように、Ｚ軸について加速度計測値は、全歯にわたってＰｅａｋ－Ｐｅａｋ値（最大－最小のピーク値）が同様であるが、Ｘ軸とＹ軸についての加速度計測値は、Ｐｅａｋ－Ｐｅａｋ値が歯によって異なることがわかる。
例えば、図１６の点線で囲まれる歯番号（歯番号：２２、１、２，３、４）の加速度計測値のＰｅａｋ－Ｐｅａｋ値は、Ｚ軸では他の歯番号（歯番号５～２１）と同様な値であるが、Ｘ軸とＹ軸では当該他の歯番号よりも大きい値となっている。上記式（１）～（５）を参照して説明したように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれについての加速度計測値を用いて相対信号強度係数Ｐrel（ｋ）を算出すると、３軸の少なくともいずれかについての加速度計測値が大きいほど、当該係数は大きい値となる。すなわち、歯の損傷の度合いが数値として表れる。
このように、３軸のうちのある１軸でのみ加速度計測値を計測した場合には埋没し得る歯の損傷が、他の２軸についても加速度計測値を計測して３軸についての加速度計測値を合成して損傷の有無を判断することにより、感度良く発見することが可能となる。すなわち、単軸のデータがＰｅａｋ－Ｐｅａｋ値の異常を捉えることができない場合であっても、他の軸のデータが、それを補うことで高い診断感度を実現することが可能となる。このように、３軸それぞれについての加速度計測値を合成して歯の損傷の有無を判断することにより、損傷に対する診断感度が高くなる。
【0077】
図１７は、上記した実施形態の効果を確認するために発明者が行った実証実験の結果である相対信号強度係数Ｐrel（ｋ）を示す（ｋは歯番号）。第１歯車２２として、はすば歯車を使用した。歯の数は２２個である。実証実験の前に、第１ギアと噛み合う第２ギア２３に異常な歯が無いことを確認した。図１７のグラフの縦軸は相対信号強度係数Ｐrel（ｋ）を示し、横軸は歯車の番号を示す。
本実証実験において、加速度データ及び角度データのサンプリング周波数（周期）は、それぞれ、５３７６Ｈｚである。また、本実証実験中のシャフトの速度は約５００／minであり、公称ピニオントルクは５００Nmである。
図１７において、例えば、閾値１７３をＰrel（ｋ）＝２に設定すると、２番の歯（ｋ＝２）におけるＰrel（２）が約５．５であり（Ｐrel（２）１７１）、当該歯が異常であるという評価をすることができる。
なお、図１７では、比較のために、２番目の歯について、他の手法によって得られた加速度計測値を用いて算出したＰrel（２）の値も示す。Ｐrel（２）１７２は、歯車変速機構２０のハウジング２１の外表面に設置された、歯車同士が噛合う作用線方向でのセンシングを行う高性能センサ（いわゆる、高級な高性能センサ）で計測された加速度計測値を用いて算出した相対信号強度係数を示す。当該高性能センサは、サンプリング周波数が５１ｋＨｚ、情報ビット数が２４ビットであり、シャフトの速度は約５００／minであり、公称ピニオントルクは５００Nmである。
図１７からわかるように、Ｐrel（２）１７１は、閾値１７３である２よりはるかに高い値を示し、異常が容易に検知される一方、Ｐrel（２）１７２は、閾値１７３である２より小さく、異常が検知されない。このように、図１７から、本実施形態による手法がより感度が高いことがわかる。すなわち、加速度センサ４４１として安価なＭＥＭＳセンサを用いた場合であっても、高級な高性能センサを用いるよりも４倍程度感度良く、歯の損傷を検知することが可能となる。
本実証実験において、加速度データ及び角度データのサンプリング周波数（周期）は、それぞれ、５３７６Ｈｚである。また、本実証実験中のシャフトの速度は約５００／minであり、公称ピニオントルクは５００Nmである。
図１７において、例えば、閾値１７３をＰrel（ｋ）＝２に設定すると、２番の歯（ｋ＝２）におけるＰrel（２）が約５．５であり（Ｐrel（２）１７１）、当該歯が異常であるという評価をすることができる。
なお、図１７では、比較のために、２番目の歯について、他の手法によって得られた加速度計測値を用いて算出したＰrel（２）の値も示す。Ｐrel（２）１７２は、歯車変速機構２０のハウジング２１の外表面に設置された、歯車同士が噛合う作用線方向でのセンシングを行う高性能センサ（いわゆる、高級な高性能センサ）で計測された加速度計測値を用いて算出した相対信号強度係数を示す。当該高性能センサは、サンプリング周波数が５１ｋＨｚ、情報ビット数が２４ビットであり、シャフトの速度は約５００／minであり、公称ピニオントルクは５００Nmである。
図１７からわかるように、Ｐrel（２）１７１は、閾値１７３である２よりはるかに高い値を示し、異常が容易に検知される一方、Ｐrel（２）１７２は、閾値１７３である２より小さく、異常が検知されない。このように、図１７から、本実施形態による手法がより感度が高いことがわかる。すなわち、加速度センサ４４１として安価なＭＥＭＳセンサを用いた場合であっても、高級な高性能センサを用いるよりも４倍程度感度良く、歯の損傷を検知することが可能となる。
【0078】
以下に、本実施形態の計測装置１００と歯車故障判断装置１０の特徴や変形例について述べる。
本実施形態の計測装置１００（加速度センサ４４１、角度センサ４４３、回路基板群１４０等）は第１軸受２５に内蔵されている。また、計測装置１００が使用する電力は、第１軸受２５の回転により生成される（計測装置１００は自己発電型の装置である）。よって、歯車故障検出システム３０の小型化と省電力化を実現することができる。
このように、自己発電機能を有するデータ無線送信型の計測装置１００を備える歯車故障検出システム３０は、自己発電機能により生成された微小な電力を用いて、第１ギア２２の回転位置（角度）と対応付けた加速度データを、故障判断装置１０へ無線送信することができる。
本実施形態の計測装置１００（加速度センサ４４１、角度センサ４４３、回路基板群１４０等）は第１軸受２５に内蔵されている。また、計測装置１００が使用する電力は、第１軸受２５の回転により生成される（計測装置１００は自己発電型の装置である）。よって、歯車故障検出システム３０の小型化と省電力化を実現することができる。
このように、自己発電機能を有するデータ無線送信型の計測装置１００を備える歯車故障検出システム３０は、自己発電機能により生成された微小な電力を用いて、第１ギア２２の回転位置（角度）と対応付けた加速度データを、故障判断装置１０へ無線送信することができる。
【0079】
また、計測装置１００は、第１ギア２２の加速度を第１ギア２２の回転角度と対応付けた計測データを取得する。そして、外部メモリ４５２は、角度データと加速度データとを一対一で対応付け、計測データとして記憶する。加速度データと角度データとが一対一で対応した計測データを取得できるので、回転中どの角度でどのような振動が起きているのかを適切に把握することができ、異常発生箇所（角度）を適切に特定することができる。
本実施形態では、加速度データと角度データとが一対一で対応した計測データを取得することができるので、回転数のばらつきを気にする必要がない。
本実施形態では、加速度データと角度データとが一対一で対応した計測データを取得することができるので、回転数のばらつきを気にする必要がない。
【0080】
また、計測装置１００は、マイコン４５１に加速度センサ４４１、温度センサ４４２、角度センサ４４３をつなぐことで構成全体の小型化に貢献している。そのため、カバー（デバイス筐体）１１０が小型であっても同一筐体内に計測装置１００を格納することが可能である。
さらに、各センサから取得した計測値は、無変換データのまま外部メモリ４５２に記憶している。そのため、データ記憶時に、例えば１６進数表記から１０進数表記への変換などのデータ処理が不要であり、高速なデータ格納が可能である。また、データ処理による負荷を軽減させることができるとともに、消費電力を低減させることができる。
さらに、各センサから取得した計測値は、無変換データのまま外部メモリ４５２に記憶している。そのため、データ記憶時に、例えば１６進数表記から１０進数表記への変換などのデータ処理が不要であり、高速なデータ格納が可能である。また、データ処理による負荷を軽減させることができるとともに、消費電力を低減させることができる。
【0081】
また、計測装置１００は、ＤＭＡ転送によりデータ取得及びデータ格納を行うことできるため、ＣＰＵ４５５の負荷を軽減することができる。
つまり、本実施形態における計測装置１００は、安価なＭＥＭＳセンサや低消費電力のマイコンにより構成することが可能である。
本実施形態では、自己発電のセンサ付き転がり軸受を使用して歯車変速機構２０のモニタリングと歯ごとの信号評価をすることができる。
計測装置１００は、加速度センサ４４１を振動源の間近に設置できる（振動励起点に物理的に近い位置に設置できる）ので、歯車変速機構２０のハウジング２１の外表面に振動センサ（例えば、歯車同士が噛合う作用線方向でのセンシングを行う高性能センサ）を設置する場合と比較して、Ｓ／Ｎ比が高い信号を取得できる。従って、安価なＭＥＭＳ加速度センサを用いても、信頼できる歯車診断ができる。
つまり、本実施形態における計測装置１００は、安価なＭＥＭＳセンサや低消費電力のマイコンにより構成することが可能である。
本実施形態では、自己発電のセンサ付き転がり軸受を使用して歯車変速機構２０のモニタリングと歯ごとの信号評価をすることができる。
計測装置１００は、加速度センサ４４１を振動源の間近に設置できる（振動励起点に物理的に近い位置に設置できる）ので、歯車変速機構２０のハウジング２１の外表面に振動センサ（例えば、歯車同士が噛合う作用線方向でのセンシングを行う高性能センサ）を設置する場合と比較して、Ｓ／Ｎ比が高い信号を取得できる。従って、安価なＭＥＭＳ加速度センサを用いても、信頼できる歯車診断ができる。
【0082】
本実施形態で採用している歯車診断アルゴリズムはPer-tooth法であり、以下のような利点を有する。
異常な歯の特定ができる。低い計算コストで診断できる。歯車診断において定説とされる正常時の振動データと比較せずに、単独の評価結果から異常判定ができる．
低い計算コストで診断できるとは、四則演算で診断ができるということを意味している。つまり、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）のような高い計算コストを必要としない。また、図１３の処理は、僅かな数学的計算しか必要としないので、低電力での計算を可能にする。
また、本実施形態によれば、３軸それぞれについて計測された加速度計測値を用いて、Per-tooth法により、歯車判断を行う。３軸のデータを用いことにより、単軸のデータがＰｅａｋ－Ｐｅａｋ値の異常を捉えることができない場合であっても、他の軸のデータが、それを補うことで高い診断感度を実現することが可能となる。
異常な歯の特定ができる。低い計算コストで診断できる。歯車診断において定説とされる正常時の振動データと比較せずに、単独の評価結果から異常判定ができる．
低い計算コストで診断できるとは、四則演算で診断ができるということを意味している。つまり、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）のような高い計算コストを必要としない。また、図１３の処理は、僅かな数学的計算しか必要としないので、低電力での計算を可能にする。
また、本実施形態によれば、３軸それぞれについて計測された加速度計測値を用いて、Per-tooth法により、歯車判断を行う。３軸のデータを用いことにより、単軸のデータがＰｅａｋ－Ｐｅａｋ値の異常を捉えることができない場合であっても、他の軸のデータが、それを補うことで高い診断感度を実現することが可能となる。
【0083】
また、加速度センサ４４１をハウジング２１の表面に取り付けないので、ハウジング２１がどのような形状であっても、システム３０を採用することができ、ハウジング２１の形状は故障診断の精度に無関係である。
正常状態が分からなくても、故障（歯車の異常）を診断することができる。
歯車変速機構２０のハウジング２１に加速度センサを設置すると、歯車の噛合い点から加速度センサまでの間にハウジング２１が存在するため、振動経路の影響を受けるため、高級な高性能センサが必要となる。本実施形態では加速度センサ４４１が第１軸受２５に内蔵されているので、加速度センサ４４１は第１歯車２２の間近で振動を計測することができる。加速度センサ４４１は、振動経路の影響を受けないので、高級な高性能センサである必要がない。つまり、安価な加速度センサでよい。安価な加速度センサでも、正確に振動を検出できるので、故障判断も正確に行うことができる。
本実施形態では、安価な加速度センサとして、ＭＥＭＳ加速度センサを採用しているので、センサ位置だけでなくコスト面でも、優れている。
正常状態が分からなくても、故障（歯車の異常）を診断することができる。
歯車変速機構２０のハウジング２１に加速度センサを設置すると、歯車の噛合い点から加速度センサまでの間にハウジング２１が存在するため、振動経路の影響を受けるため、高級な高性能センサが必要となる。本実施形態では加速度センサ４４１が第１軸受２５に内蔵されているので、加速度センサ４４１は第１歯車２２の間近で振動を計測することができる。加速度センサ４４１は、振動経路の影響を受けないので、高級な高性能センサである必要がない。つまり、安価な加速度センサでよい。安価な加速度センサでも、正確に振動を検出できるので、故障判断も正確に行うことができる。
本実施形態では、安価な加速度センサとして、ＭＥＭＳ加速度センサを採用しているので、センサ位置だけでなくコスト面でも、優れている。
【0084】
また、加速度センサ４４１は第１軸受２５の外輪１１２に設置している。この場所は、通常、歯車の噛み合い部に最も近い非回転機械要素の１つであり、取得できる振動は歯車の噛合い振動と言ってもよい。振動源の近くで加速度を計測することで，ハウジングなどの振動伝達経路の影響を受けない。
本実施形態では、図１５に示したように、角度オフセット値を用いた角度と歯のマップを採用したので、図１２（Ｂ）のような曲線から図１２（Ｃ）のような歯毎の加速度曲線を生成する際に、区間Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、・・・の区切りが正確にできる。
本実施形態では、図１５に示したように、角度オフセット値を用いた角度と歯のマップを採用したので、図１２（Ｂ）のような曲線から図１２（Ｃ）のような歯毎の加速度曲線を生成する際に、区間Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、・・・の区切りが正確にできる。
【0085】
尚、歯車故障判断装置１０はパーソナルコンピュータであるとしたが、タブレット端末、スマートフォン、ウエラブルウォッチなどでもよい。
上記した実施形態では、計測装置１００は計測値を処理せずに歯車故障判断装置１０に送信したが、歯車故障判断装置１０が行う処理の一部を計測装置１００内で実行してもよい。つまり、計測装置１００は、歯車故障判断装置１０の機能の一部を備えていてもよい。例えば、図１３で示した処理をマイコン４５１で行ってもよい。図１３の処理は、計算処理が少ないので、消費電力は小さい。従って、第１軸受２５が自己発電する電力でも、マイコン４５１が処理を行うには十分である。このような構成は、オンベアリングデータ処理（on-bearing data processing）と称することができる。このような構成を採用すると、計測装置１００から歯車故障判断装置１０へ送信されるデータの量が、かなり少なくなる。なぜなら、１回の計測毎に何千もの角度データ及び加速度データが、（各軸について）歯毎に１つのスカラー値に凝縮されるからである。
計測時間は、記憶部２３０の容量や消費電力に応じて適宜設定することができる。温度センサ４４２は設けなくてもよい。
図６において、平滑回路２６２と電源管理ＩＣ２６３の間に保護回路を設けてもよい。図６では、磁石ＭとコイルＣの相対回転により電磁誘導発電を行っている。このため、コイルＣの回転数の上昇に伴い、起電力も比例増加する。第１軸２４ａに繋がっている機器が何らかの理由により故障し、第１軸２４ａが想定を超える回転数で回転し、当該回転に比例して磁石ＭとコイルＣの起電力が増加すると、電源管理ＩＣ２６３の入力限界を超える起電力が電源管理ＩＣ２６３に入力され、測定装置１００が破損する可能性がある。当該破損を回避するために、つまり、想定を超える起電力が発生しても、測定装置１００が破損しないようにするために、平滑回路２６２と電源管理ＩＣ２６３の間に保護回路を設けてもよい。この保護回路は入力保護回路であり、種々の方式の保護回路を採用することができる。例えば、保護回路としてツェナーダイオードを平滑回路２６２と電源管理ＩＣ２６３の間に設ける。ツェナーダイオードは、所定の値を超える入力電圧を熱に変換して消費することで、測定装置１００を保護する保護回路として機能する。
上記した実施形態では、計測装置１００は計測値を処理せずに歯車故障判断装置１０に送信したが、歯車故障判断装置１０が行う処理の一部を計測装置１００内で実行してもよい。つまり、計測装置１００は、歯車故障判断装置１０の機能の一部を備えていてもよい。例えば、図１３で示した処理をマイコン４５１で行ってもよい。図１３の処理は、計算処理が少ないので、消費電力は小さい。従って、第１軸受２５が自己発電する電力でも、マイコン４５１が処理を行うには十分である。このような構成は、オンベアリングデータ処理（on-bearing data processing）と称することができる。このような構成を採用すると、計測装置１００から歯車故障判断装置１０へ送信されるデータの量が、かなり少なくなる。なぜなら、１回の計測毎に何千もの角度データ及び加速度データが、（各軸について）歯毎に１つのスカラー値に凝縮されるからである。
計測時間は、記憶部２３０の容量や消費電力に応じて適宜設定することができる。温度センサ４４２は設けなくてもよい。
図６において、平滑回路２６２と電源管理ＩＣ２６３の間に保護回路を設けてもよい。図６では、磁石ＭとコイルＣの相対回転により電磁誘導発電を行っている。このため、コイルＣの回転数の上昇に伴い、起電力も比例増加する。第１軸２４ａに繋がっている機器が何らかの理由により故障し、第１軸２４ａが想定を超える回転数で回転し、当該回転に比例して磁石ＭとコイルＣの起電力が増加すると、電源管理ＩＣ２６３の入力限界を超える起電力が電源管理ＩＣ２６３に入力され、測定装置１００が破損する可能性がある。当該破損を回避するために、つまり、想定を超える起電力が発生しても、測定装置１００が破損しないようにするために、平滑回路２６２と電源管理ＩＣ２６３の間に保護回路を設けてもよい。この保護回路は入力保護回路であり、種々の方式の保護回路を採用することができる。例えば、保護回路としてツェナーダイオードを平滑回路２６２と電源管理ＩＣ２６３の間に設ける。ツェナーダイオードは、所定の値を超える入力電圧を熱に変換して消費することで、測定装置１００を保護する保護回路として機能する。
【0086】
また、上記した実施形態では、図１０に示すように、加速度センサ４４１と角度センサ４４３のサンプリングタイミングは一致しているとした。つまり、加速度センサ４４１が１０回の計測を行うと、角度センサ４４３も１０回の計測を行う。そして、加速度センサ４４１の１０個の計測値と、角度センサ４４３の１０個の計測値とにより、１０個の計測値ペアを取得することができる。しかし、本実施形態はこのような計測値ペアの取得に限定されない。つまり、加速度センサ４４１と角度センサ４４３のサンプリングタイミングは一致しなくてもよい。例えば、加速度センサ４４１のサンプリングタイミングが角度センサ４４３のサンプリングタイミングの２倍であってもよい。この場合、加速度センサ４４１が１０回の計測を行うと、角度センサ４４３は５回の計測を行う。そして、加速度センサ４４１の計測値と角度センサ４４３の計測値のペアを取得する際（外部メモリ４５２にＤＭＡ転送する際）には、ＤＭＡコントローラは、加速度センサ４４１が計測を行った時刻と、角度センサ４４３が計測を行った時刻とが同一になるように、加速度センサ４４１の計測値と角度センサ４４３の計測値を外部メモリ４５２に転送する。このような計測値ペアの取得は、サンプリング周期に同期した取得ではなく、加速度センサ４４１の計測値の時刻情報と、角度センサ４４３の計測値の時刻情報とにより、２つの計測値をつなげて（紐づけして）計測値ペアを取得したものである。より詳しくは、これは、１つもしくは特定の共通の時間基準（共通の時間情報）を共有するように２つの計測値を紐づけしたものである。本発明では、加速度センサ４４１の計測値と角度センサ４４３の計測値とを、何らかの形で紐づけて取得すればよい。
【符号の説明】
【0087】
１０：歯車故障判断装置
２０：歯車変速機構
２１：ハウジング
２２：第１歯車
２５：第１軸受
３０：歯車故障検出システム
１００：計測装置
１１０：カバー
１２０：コイル基板
１２３：コイルパターン
１４１：電源制御基板
１４２：角度センサ基板
１４３：制御基板
１４９：発電部
１６０：Ｚ相用磁石ユニット
２３０：記憶部
２５０：軸受部
２６１：整流回路
２６２：平滑回路
２６３：電源管理ＩＣ
４４１：加速度センサ
４４２：温度センサ
４４３：角度センサ
４４４：Ｚ相検出器
４５２：外部メモリ
４５５：ＣＰＵ
４５６：ＤＭＡコントローラ
２０：歯車変速機構
２１：ハウジング
２２：第１歯車
２５：第１軸受
３０：歯車故障検出システム
１００：計測装置
１１０：カバー
１２０：コイル基板
１２３：コイルパターン
１４１：電源制御基板
１４２：角度センサ基板
１４３：制御基板
１４９：発電部
１６０：Ｚ相用磁石ユニット
２３０：記憶部
２５０：軸受部
２６１：整流回路
２６２：平滑回路
２６３：電源管理ＩＣ
４４１：加速度センサ
４４２：温度センサ
４４３：角度センサ
４４４：Ｚ相検出器
４５２：外部メモリ
４５５：ＣＰＵ
４５６：ＤＭＡコントローラ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】