(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】P2023112450
(43)【公開日】2023-08-14
(54)【発明の名称】歯車故障検出システム
(51)【国際特許分類】
G01M 99/00 20110101AFI20230804BHJP
G01H 17/00 20060101ALI20230804BHJP
【ＦＩ】
G01M99/00 A
G01H17/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022014246
(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】センサの性能が低くても、歯車の異常を正確に検出できる技術を提供する。
【解決手段】歯車故障検出システムは、歯車が設けられた軸を回転可能に支持する軸受部に設けられ、軸が回転する毎に軸の１回転に要する時間より短い所定時間、軸受部の振動に起因する加速度の瞬時値を計測する加速度センサと、軸が複数回、回転する間に加速度センサに計測された加速度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた加速度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、軸の１回転あたりの加速度の変化を表す加速度プロファイルを生成する加速度プロファイル生成部と、加速度プロファイル生成部により生成された加速度プロファイルに基づいて、歯車の故障を判断する故障判断部とを備える。
【選択図】図１３
【解決手段】歯車故障検出システムは、歯車が設けられた軸を回転可能に支持する軸受部に設けられ、軸が回転する毎に軸の１回転に要する時間より短い所定時間、軸受部の振動に起因する加速度の瞬時値を計測する加速度センサと、軸が複数回、回転する間に加速度センサに計測された加速度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた加速度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、軸の１回転あたりの加速度の変化を表す加速度プロファイルを生成する加速度プロファイル生成部と、加速度プロファイル生成部により生成された加速度プロファイルに基づいて、歯車の故障を判断する故障判断部とを備える。
【選択図】図１３
【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に設けられ、前記軸が回転する毎に前記軸の１回転に要する時間より短い所定時間、前記軸受部の振動に起因する加速度の瞬時値を計測する加速度センサと、
前記軸が複数回、回転する間に前記加速度センサに計測された加速度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた加速度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、前記軸の１回転あたりの加速度の変化を表す加速度プロファイルを生成する加速度プロファイル生成部と、
前記加速度プロファイル生成部により生成された前記加速度プロファイルに基づいて、歯車の故障を判断する故障判断部と
を備えることを特徴とする歯車故障検出システム。
前記軸が複数回、回転する間に前記加速度センサに計測された加速度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた加速度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、前記軸の１回転あたりの加速度の変化を表す加速度プロファイルを生成する加速度プロファイル生成部と、
前記加速度プロファイル生成部により生成された前記加速度プロファイルに基づいて、歯車の故障を判断する故障判断部と
を備えることを特徴とする歯車故障検出システム。
【請求項2】
前記軸が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、
前記加速度センサは、前記パルス生成部がパルスを生成した後、計測開始時点から前記軸の１回転に要する時間より所定時間、加速度の瞬時値を計測し、
前記加速度センサによる所定時間の加速度の計測のたびに、前記計測開始時点を変化させる計測開始時点変化部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の歯車故障検出システム。
前記加速度センサは、前記パルス生成部がパルスを生成した後、計測開始時点から前記軸の１回転に要する時間より所定時間、加速度の瞬時値を計測し、
前記加速度センサによる所定時間の加速度の計測のたびに、前記計測開始時点を変化させる計測開始時点変化部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の歯車故障検出システム。
【請求項3】
前記軸受部の外輪と内輪との相対的な回転を利用して発電する発電部と、
前記発電部で発生した電荷を蓄えて前記加速度センサに給電する蓄電池と、
前記加速度センサによる所定時間の加速度の計測が終わるたびに、前記蓄電池による前記加速度センサへの給電を停止し、前記発電部で発生した電気を前記蓄電池に充電する蓄電池制御部と、
前記蓄電池の充電完了を検知する充電完了検知部とをさらに備え、
前記加速度センサは、前記充電完了検知部が前記蓄電池の充電完了を検知した後、かつ前記パルス生成部がパルスを生成した後、計測開始時点から一定時間、加速度の瞬時値を計測する
ことを特徴とする請求項２に記載の歯車故障検出システム。
前記発電部で発生した電荷を蓄えて前記加速度センサに給電する蓄電池と、
前記加速度センサによる所定時間の加速度の計測が終わるたびに、前記蓄電池による前記加速度センサへの給電を停止し、前記発電部で発生した電気を前記蓄電池に充電する蓄電池制御部と、
前記蓄電池の充電完了を検知する充電完了検知部とをさらに備え、
前記加速度センサは、前記充電完了検知部が前記蓄電池の充電完了を検知した後、かつ前記パルス生成部がパルスを生成した後、計測開始時点から一定時間、加速度の瞬時値を計測する
ことを特徴とする請求項２に記載の歯車故障検出システム。
【請求項4】
前記加速度センサは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの加速度を計測する３軸加速度センサである
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の歯車故障検出システム。
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の歯車故障検出システム。
【請求項5】
前記軸受部に設けられて、前記軸が回転する毎に前記軸の１回転に要する時間より短い所定時間、前記軸の角度の瞬時値を計測する角度センサと、
前記軸が複数回、回転する間に前記角度センサに計測された角度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた角度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、前記軸の１回転あたりの角度計測値の変化を表しており、前記加速度プロファイルと同期している角度プロファイルを生成する角度プロファイル生成部とをさらに備え、
前記故障判断部は、前記加速度プロファイル生成部により生成された前記加速度プロファイルと前記角度プロファイル生成部により生成された前記角度プロファイルに基づいて、歯車の故障を判断する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の歯車故障検出システム。
前記軸が複数回、回転する間に前記角度センサに計測された角度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた角度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、前記軸の１回転あたりの角度計測値の変化を表しており、前記加速度プロファイルと同期している角度プロファイルを生成する角度プロファイル生成部とをさらに備え、
前記故障判断部は、前記加速度プロファイル生成部により生成された前記加速度プロファイルと前記角度プロファイル生成部により生成された前記角度プロファイルに基づいて、歯車の故障を判断する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の歯車故障検出システム。
【請求項6】
前記加速度センサと前記角度センサのサンプリング周期は同じであり、
前記加速度センサと前記角度センサによって同時に計測された前記加速度の瞬時値と前記角度の瞬時値を関連付けて記憶する記憶部をさらに備える
ことを特徴とする請求項５に記載の歯車故障検出システム。
前記加速度センサと前記角度センサによって同時に計測された前記加速度の瞬時値と前記角度の瞬時値を関連付けて記憶する記憶部をさらに備える
ことを特徴とする請求項５に記載の歯車故障検出システム。
【請求項7】
前記加速度センサが前記加速度の瞬時値を計測した時刻を示す加速度タイムスタンプを生成する加速度タイムスタンプ生成部と、
前記角度センサが前記角度の瞬時値を計測した時刻を示す角度タイムスタンプを生成する角度タイムスタンプ生成部と、
前記加速度センサによって計測された前記加速度の瞬時値と前記加速度タイムスタンプを関連付け、前記角度センサによって計測された前記角度の瞬時値と前記角度タイムスタンプを関連付けて記憶する記憶部をさらに備える
ことを特徴とする請求項５に記載の歯車故障検出システム。
前記角度センサが前記角度の瞬時値を計測した時刻を示す角度タイムスタンプを生成する角度タイムスタンプ生成部と、
前記加速度センサによって計測された前記加速度の瞬時値と前記加速度タイムスタンプを関連付け、前記角度センサによって計測された前記角度の瞬時値と前記角度タイムスタンプを関連付けて記憶する記憶部をさらに備える
ことを特徴とする請求項５に記載の歯車故障検出システム。
【請求項8】
前記加速度センサのサンプリング周期よりも前記角度センサのサンプリング周期は長く、
前記加速度センサによって加速度の瞬時値が計測され、前記角度センサによって角度の瞬時値が計測されていない時の角度の瞬時値を、前記角度センサによって計測された角度の複数の瞬時値から線形補間して計算する線形補間計算部をさらに備える
ことを特徴とする請求項７に記載の歯車故障検出システム。
前記加速度センサによって加速度の瞬時値が計測され、前記角度センサによって角度の瞬時値が計測されていない時の角度の瞬時値を、前記角度センサによって計測された角度の複数の瞬時値から線形補間して計算する線形補間計算部をさらに備える
ことを特徴とする請求項７に記載の歯車故障検出システム。
【請求項9】
前記軸が１回転する毎に１つのパルスを生成するパルス生成部と、
前記パルスの間隔から軸の角度の瞬時値を推定する角度推定部と、
前記角度推定部により推定された角度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた角度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、前記軸の１回転あたりの角度計測値の変化を表しており、加速度プロファイルと同期している角度プロファイルを生成する角度プロファイル生成部とをさらに備え、
前記故障判断部は、前記加速度プロファイル生成部により生成された前記加速度プロファイルと前記角度プロファイル生成部により生成された前記角度プロファイルに基づいて、歯車の故障を判断する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の歯車故障検出システム。
前記パルスの間隔から軸の角度の瞬時値を推定する角度推定部と、
前記角度推定部により推定された角度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた角度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、前記軸の１回転あたりの角度計測値の変化を表しており、加速度プロファイルと同期している角度プロファイルを生成する角度プロファイル生成部とをさらに備え、
前記故障判断部は、前記加速度プロファイル生成部により生成された前記加速度プロファイルと前記角度プロファイル生成部により生成された前記角度プロファイルに基づいて、歯車の故障を判断する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の歯車故障検出システム。
【請求項10】
前記加速度センサは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの加速度を計測する３軸加速度センサであり、
前記故障判断部は、
前記歯車の歯と前記軸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、各歯の加速度信号強度を算出する第１算出部と、
式（２）を用いて、すべての歯の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、各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、それぞれ、サンプル角度位置φ（ｉ）がｋ番目の歯に対応する場合のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の加速度の値であり、ｎsamples,kはｋ番目の歯に対応する加速度の値のサンプル数であり、
前記式（２）は、
であり、ここで、Ｐ￣はすべ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
ことを特徴とする請求項５から９のいずれか１項に記載の歯車故障検出システム。
前記故障判断部は、
前記歯車の歯と前記軸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、各歯の加速度信号強度を算出する第１算出部と、
式（２）を用いて、すべての歯の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、各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、
【数6】
前記式（２）は、
【数7】
前記式（３）は、
【数8】
ことを特徴とする請求項５から９のいずれか１項に記載の歯車故障検出システム。
【請求項11】
前記加速度センサの計測可能な加速度の範囲は、少なくとも－６Ｇから＋６Ｇであり、多くとも－１６Ｇから＋１６Ｇである
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の歯車故障検出システム。
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の歯車故障検出システム。
【請求項12】
前記加速度センサの分解能は、前記計測可能な加速度の範囲の４０９６分の１以上、１０分の１以下である
ことを特徴とする請求項１１に記載の歯車故障検出システム。
ことを特徴とする請求項１１に記載の歯車故障検出システム。
【請求項13】
前記加速度センサの計測可能な周波数帯域は、前記歯車の噛み合い周波数の０．９倍以上、２．１倍以下である
ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の歯車故障検出システム。
ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の歯車故障検出システム。
【請求項14】
前記角度センサの分解能は、前記歯車の角度ピッチの６５５３６分の１以上、１０分の１以下である
ことを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の歯車故障検出システム。
ことを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の歯車故障検出システム。
【請求項15】
前記角度センサの繰り返し精度は、前記歯車の角度ピッチの２５６分の１以上、１０分の１以下である
ことを特徴とする請求項５から８および１４のいずれか１項に記載の歯車故障検出システム。
ことを特徴とする請求項５から８および１４のいずれか１項に記載の歯車故障検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、歯車の故障を検出する歯車故障検出システムに関する。
【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大きくなる。
【0003】
歯車変速機構において、歯車の振動は、歯車を支持する軸およ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。
特許文献１の装置は、２つの歯車が噛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。
特許文献１の装置は、２つの歯車が噛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】
歯車が噛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、元々の噛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および質量特性や、減衰に依るものであり、周波数帯域全体に亘って、変更された振幅および位相に関して、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）が噛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（噛み合う歯車対）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。
また、センサが高性能であればあるほど、診断精度は向上すると予想されるが、高性能なセンサは高価である。
また、センサが高性能であればあるほど、診断精度は向上すると予想されるが、高性能なセンサは高価である。
【0007】
そこで、本発明は、センサの性能が低くても、歯車の異常を正確に検出できる技術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】
【0008】
本発明のある態様によれば、歯車の故障を検出する歯車故障検出システムが提供される。この歯車故障検出システムは、歯車が設けられた軸を回転可能に支持する軸受部に設けられ、前記軸が回転する毎に前記軸の１回転に要する時間より短い所定時間、前記軸受部の振動に起因する加速度の瞬時値を計測する加速度センサと、前記軸が複数回、回転する間に前記加速度センサに計測された加速度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた加速度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、前記軸の１回転あたりの加速度の変化を表す加速度プロファイルを生成する加速度プロファイル生成部と、前記加速度プロファイル生成部により生成された前記加速度プロファイルに基づいて、歯車の故障を判断する故障判断部とを備える。
【発明の効果】
【0009】
本発明の一態様においては、軸が複数回、回転する間に加速度センサに計測された加速度の多数の瞬時値が蓄積される。歯車の故障箇所は、３６０°の角度範囲のいずれかの角度位置での加速度の異常として検出され、軸の複数回の回転では、歯車の故障箇所に対応する加速度の異常が繰り返し計測されることになる。本発明の一態様においては、軸の複数回の回転で蓄積された加速度の多数の瞬時値を並べ替え、並べ替えられた加速度の瞬時値を繋ぎ合わせることで、加速度センサの性能が低くても、軸の１回転あたりの加速度の変化を表す加速度プロファイルを生成することができるので、歯車の故障を精度よく判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る様々な実施形態を説明する。図面の縮尺は必ずしも正確ではなく、一部の特徴は誇張または省略されることもある。
【0012】
本実施形態の歯車故障検出システムは、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。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。
【0013】
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、本実施形態では、説明を簡単にするために、歯車変速機構として単純な１段歯車機構の歯車変速機構を例示する。
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およ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および修正等をすることが可能である。
【0014】
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および第２歯車２３を有する。ハウジング２１は、間隔をおいて対向する第１壁２１ａと第２壁２１ｂを有する。第１歯車２２と第２歯車２３は互い噛み合う。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および第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。
【0015】
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および第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、転がり軸受であってよく、例えば、円すいころ軸受または深溝玉軸受であってよい。
【0016】
本実施形態では、４つの軸受２５～２８のうち、１つの軸受（例えば第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。計測装置１００は、第１歯車２２と第２歯車２３が噛み合うことにより発生する振動を計測する。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。
【0017】
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および通信部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ってよい。
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。
【0018】
制御部１２は、１つまたは複数のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＭＰＵ（Ｍｉｒｃｏｐｒｏｓｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）により構成され、歯車故障判断装置１０の入力部１１、記憶部１３、表示部１４および通信部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したりする。
【0019】
記憶部１３は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、および／またはＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）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。
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。また、表示部１４は、制御部１２の制御の下、歯車の故障判断処理の処理結果を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。
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。また、表示部１４は、制御部１２の制御の下、歯車の故障判断処理の処理結果を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。
【0020】
図３および図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。
【0021】
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２５０Ａ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２５０Ｂ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２５０Ｂ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２５０Ｂ（ひいては第１軸２４ａ）と共に回転する。
【0022】
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 ＳＳ４００またはＳ４５Ｃ）、マルテンサイト系ステンレス（ＪＩＳ ＳＵＳ４２０）またはフェライト系ステンレス（ＪＩＳ 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。
【0023】
カバー１１０のうち軸受部２５０と対向する面には、図４に示すように、コイル基板１２０、回路基板群１４０および蓄電池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および制御基板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。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。
【0024】
電源制御基板１４１は、図６に示される、整流回路２６１、平滑回路２６２、電源管理ＩＣ２６３およびＦＥＴ２６４（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を有する。電源制御基板１４１の回路２６１～２６３およびＦＥＴ２６４については、図６を用いて後述する。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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および蓄電池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および制御基板１４３へ供給する。
【0029】
角度センサ基板１４２には、角度センサ４４３とＺ相検出器（パルス生成部）４４４が実装されている。後述するように、本実施形態で用いる角度センサ４４３は、低分解能で低サンプリング周波数の低性能の加速度センサである。Ｚ相検出器４４４は、例えば、ホールＩＣである。Ｚ相検出器４４４は、第１軸受２５の内輪２５０Ｂに対して静止して内輪２５０Ｂとともに回転するＺ相用磁石１６２がＺ相検出器４４４の近傍を通過するたびに、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の内輪２５０Ｂが１回転する毎に（第１軸２４ａ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および温度センサ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およびアンテナ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、加速度およ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（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）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（計測加速度値を取得）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）。後述するように、本実施形態で用いる加速度センサ４４１は、低分解能で低サンプリング周波数の低性能の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および温度センサ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およびアンテナ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、加速度およ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（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）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（計測加速度値を取得）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）。後述するように、本実施形態で用いる加速度センサ４４１は、低分解能で低サンプリング周波数の低性能の加速度センサである。
【0030】
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。
【0031】
図３および図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および取付け治具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。
【0032】
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。
【0033】
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および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（図５Ｂ参照）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（図５Ｂ参照）と同じである。
【0034】
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。
【0035】
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２５０Ｂ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２５０Ａと内輪２５０Ｂとの相対的な回転に基づいて発電することになる。発電部１４９で生成された直流電圧は、蓄電池１５０に蓄えられる。
【0036】
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１６２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１６２が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、アルミニウム製）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１６２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。
【0037】
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２５０Ｂ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。
【0038】
平滑回路２６２を通った直流は電源管理ＩＣ（蓄電池制御部、充電完了検知部）２６３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のコイルＣと磁石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、および、負荷Ｌ（加速度センサ４４１、角度センサ４４３、Ｚ相検出器４４４および制御基板１４３）への電圧Ｖｃｃでの電力供給は、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。また、電源管理ＩＣ２６３は、ＦＥＴ２６４を制御することにより、負荷Ｌへの電力の供給と遮断を切り替えることができる。
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。また、電源管理ＩＣ２６３は、ＦＥＴ２６４を制御することにより、負荷Ｌへの電力の供給と遮断を切り替えることができる。
【0039】
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に使用される電源管理ＩＣを採用する（例えば、Texas Instruments社製の超低消費電力ハーベスタ・パワー・マネージメントIC-BQ25570）。
【0040】
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電荷量を蓄電可能である。計測装置１００の１回分の動作とは、歯車の歯の角度位置および加速度を所定時間（例えば、２５ｍｓ）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である。
蓄電池１５０の充電が完了すると、電源管理ＩＣ２６３は、蓄電池１５０の充電完了を検知し、ＦＥＴ２６４に充電完了を知らせる充電完了信号を送る。すると、蓄電池１５０は負荷Ｌへの給電を再開する。
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および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、蓄電池１５０の充電完了を検知し、ＦＥＴ２６４に充電完了を知らせる充電完了信号を送る。すると、蓄電池１５０は負荷Ｌへの給電を再開する。
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およびＦＥＴ２６４をまとめて回路群４３１（図８）と称する場合がある。
【0041】
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）状態である。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である。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。
【0042】
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に給電を再開するための閾値である。
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。つまり、Ｖ１は給電停止のための閾値である。給電停止の間に、電源管理ＩＣ２６３は蓄電池１５０を充電する。
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、電源管理ＩＣ２６３の昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータが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。つまり、Ｖ１は給電停止のための閾値である。給電停止の間に、電源管理ＩＣ２６３は蓄電池１５０を充電する。
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、電源管理ＩＣ２６３の昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータが機能しなくなるからである。
【0043】
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。
【0044】
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荷量を蓄電可能である。通常の条件では、蓄電池１５０の電圧は、図７の実線Ｊ１のように変化する。そして、電圧がＶ２からＶ１に低下する時間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、蓄電池１５０が負荷Ｌ（角度センサ基板１４２、制御基板１４３、およびそれらの上の加速度センサ４４１、角度センサ４４３、Ｚ相検出器４４４、アンテナ１４７等）に給電できる時間であり、加速度および角度の計測と、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。
【0045】
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および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および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。
【0046】
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２５０Ａと内輪２５０Ｂ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および制御基板１４３に供給される。
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および制御基板１４３に供給される。
【0047】
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および無線モジュール４５３は、制御回路１４５（図５）に含まれる。
【0048】
加速度センサ４４１、温度センサ４４２および角度センサ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、温度および回転角度（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２５０Ｂに固定されており、角度センサ４４３は、軸受部２５０の内輪２５０Ｂ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２５０Ａに対する内輪２５０Ｂの回転角度を検出する。角度センサ４４３は磁気式のロータリーエンコーダである。角度センサ４４３は、磁気トラック１３１の回転を読み取る１つの読み取り器を有してもよいが、各々が磁気トラック１３１の回転を読み取る複数の読み取り器を有してもよい。本実施形態では、角度センサ４４３は、軸２４ａの軸線周りに等角間隔に配置された２５個の読み取り器を有し、各読み取り器が磁気トラック１３１の回転を読み取る。したがって、読み取り器は、隣の読み取り器の読み取り値と１４．４°離れて類似する読み取り値を出力する。
角度センサ４４３は、アブソリュート型でもよいが、本実施形態では、インクリメンタル型とＺ相検出器４４４を利用した疑似アブソリュート方式を使用する。
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２５０Ｂに固定されており、角度センサ４４３は、軸受部２５０の内輪２５０Ｂ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２５０Ａに対する内輪２５０Ｂの回転角度を検出する。角度センサ４４３は磁気式のロータリーエンコーダである。角度センサ４４３は、磁気トラック１３１の回転を読み取る１つの読み取り器を有してもよいが、各々が磁気トラック１３１の回転を読み取る複数の読み取り器を有してもよい。本実施形態では、角度センサ４４３は、軸２４ａの軸線周りに等角間隔に配置された２５個の読み取り器を有し、各読み取り器が磁気トラック１３１の回転を読み取る。したがって、読み取り器は、隣の読み取り器の読み取り値と１４．４°離れて類似する読み取り値を出力する。
角度センサ４４３は、アブソリュート型でもよいが、本実施形態では、インクリメンタル型とＺ相検出器４４４を利用した疑似アブソリュート方式を使用する。
【0049】
マイコン４５１は、ＣＰＵ４５５と、ＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓ）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および角度センサ４４３から取得した計測値を内部メモリ４５７と外部メモリ４５２に書き込む。ＤＭＡコントローラは、図面においてＤＭＡＣと記載する。
外部メモリ４５２は、加速度センサ４４１および角度センサ４４３から取得した計測値のデータに対して、内部メモリ４５７の記憶容量が不足する場合に補助的に使用される。したがって、外部メモリ４５２は、絶対必要というわけではない。以下、内部メモリ４５７と外部メモリ４５２を記憶部２３０と称することがある。
外部メモリ４５２は、加速度センサ４４１および角度センサ４４３から取得した計測値のデータに対して、内部メモリ４５７の記憶容量が不足する場合に補助的に使用される。したがって、外部メモリ４５２は、絶対必要というわけではない。以下、内部メモリ４５７と外部メモリ４５２を記憶部２３０と称することがある。
【0050】
また、加速度センサ４４１が大容量のＦＩＦＯ（first in, first out）バッファを有し、角度センサ４４３が大容量のＦＩＦＯバッファを有する場合、ＤＭＡコントローラ４５６、内部メモリ４５７および外部メモリ４５２を省略してもよい。この場合、加速度センサ４４１のＦＩＦＯバッファに加速度センサ４４１の計測値のデータを蓄積し、角度センサ４４３のＦＩＦＯバッファに角度センサ４４３の計測値のデータを蓄積することができ、内部メモリ４５７、外部メモリ４５２へのデータ転送のためのクロックおよびＤＭＡコントローラ４５６が不要であり、消費電力を低減することができる。
【0051】
ＣＰＵ４５５は、記憶部２３０、加速度センサ４４１、温度センサ４４２および角度センサ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）が入力されると、ＤＭＡ転送を開始する。具体的には、ＤＭＡコントローラ４５６は、ＤＭＡトリガが入力されると、ＣＰＵ４５５を介さずに、加速度センサ４４１および角度センサ４４３がそれぞれ保持する最新の計測値（後述する離散的な複数の瞬時値）を、無変換データ（生データ）のまま記憶部２３０（内部メモリ４５７および必要に応じて外部メモリ４５２）に転送する。
加速度センサ４４１および角度センサ４４３は、それぞれ定められた更新周期で計測値（離散的な複数の瞬時値）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）である。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および角度センサ４４３は、それぞれ定められた更新周期で計測値（離散的な複数の瞬時値）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）である。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。
【0052】
無線モジュール４５３は、ＣＰＵ４５５の制御下で、記憶部２３０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（図５Ａ）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。
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。
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。
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。
【0053】
回路群４３１内の電源管理ＩＣ２６３は、加速度センサ４４１による所定時間の加速度の計測および角度センサ４４３による所定時間の角度の計測が終わるたびに、負荷Ｌへの電力供給を遮断する。好ましくは、電源管理ＩＣ２６３は、無線モジュール４５３が加速度センサ４４１で計測された瞬時値と角度センサ４４３で計測された瞬時値をＢＬＥ無線通信した後に、負荷Ｌ（加速度センサ４４１、角度センサ４４３、Ｚ相検出器４４４および制御基板１４３）への電力供給を遮断する。
また、電源管理ＩＣ２６３は、蓄電池１５０への充電完了を検知すると（蓄電池１５０の電圧が閾値Ｖ２を超えると）、負荷Ｌへの電力供給を再開する。
また、電源管理ＩＣ２６３は、蓄電池１５０への充電完了を検知すると（蓄電池１５０の電圧が閾値Ｖ２を超えると）、負荷Ｌへの電力供給を再開する。
【0054】
図９は計測装置１００の動作を説明するためのタイミングチャートである。図９（Ａ）は、電源管理ＩＣ２６３による電力供給の期間を示し、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）で接続する期間を示す。図９（Ｃ）は、Ｚ相検出器４４４が出力するパルスを示し、図９（Ｄ）は、加速度センサ４４１が出力した計測加速度値であって、加速度センサ４４１から記憶部２３０に記憶される計測加速度値を示す。図９（Ｅ）は、角度センサ４４３が出力した計測角度値であって、角度センサ４４３から記憶部２３０に記憶される計測角度値を示す。
電源オンにより、電源管理ＩＣ２６３は、蓄電池１５０からマイコン４５１および無線モジュール４５３のアンテナ１４７への給電を開始する。すると、計測装置１００のＣＰＵ４５５は無線モジュール４５３を制御し、歯車故障判断装置１０の通信部１５と無線通信に必要な情報の交換を行い、接続を確立する。すなわち、計測装置１００は歯車故障判断装置１０とペアリングを行う。「ペアリング時間」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、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。ペアリング完了後、電源管理ＩＣ２６３は、蓄電池１５０から加速度センサ４４１、角度センサ４４３およびＺ相検出器４４４にも給電を開始する。
電源オンにより、電源管理ＩＣ２６３は、蓄電池１５０からマイコン４５１および無線モジュール４５３のアンテナ１４７への給電を開始する。すると、計測装置１００のＣＰＵ４５５は無線モジュール４５３を制御し、歯車故障判断装置１０の通信部１５と無線通信に必要な情報の交換を行い、接続を確立する。すなわち、計測装置１００は歯車故障判断装置１０とペアリングを行う。「ペアリング時間」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、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。ペアリング完了後、電源管理ＩＣ２６３は、蓄電池１５０から加速度センサ４４１、角度センサ４４３およびＺ相検出器４４４にも給電を開始する。
【0055】
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１６２を検出すると、Ｌｏｗ信号を出力するが、図９（Ｃ）では、Ｚ相検出器４４４がＺ相用磁石１６２を検出したときに出力したパルスをＨｉｇｈレベルで示す。
図９において、「センサ準備時間」は、加速度センサ４４１、角度センサ４４３およびＺ相検出器４４４への給電開始の後にＺ相検出器４４４、加速度センサ４４１および角度センサ４４３が正確に計測可能になるまで待機する時間であり、例えば、５０ｍｓである。「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。
ペアリング完了後、センサ準備期間と処理待ち時間が終了した後、最初にＺ相検出器４４４がＺ相用磁石１６２を検出すると、ＣＰＵ４５５は、加速度センサ４４１と角度センサ４４３に計測開始信号を供給する。計測開始信号の供給後、加速度センサ４４１と角度センサ４４３が初期化される（加速度センサ・角度センサ初期化時間）。加速度センサ４４１と角度センサ４４３の初期化とは、加速度センサ４４１と角度センサ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。加速度センサ４４１と角度センサ４４３の初期化が終了すると、計測開始遅れ（例えば、約４８０ｍｓ）の後に、加速度センサ４４１と角度センサ４４３が計測を開始する。加速度センサ・角度センサ初期化時間は、例えば、１００ｍｓである。
図９において、「センサ準備時間」は、加速度センサ４４１、角度センサ４４３およびＺ相検出器４４４への給電開始の後にＺ相検出器４４４、加速度センサ４４１および角度センサ４４３が正確に計測可能になるまで待機する時間であり、例えば、５０ｍｓである。「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。
ペアリング完了後、センサ準備期間と処理待ち時間が終了した後、最初にＺ相検出器４４４がＺ相用磁石１６２を検出すると、ＣＰＵ４５５は、加速度センサ４４１と角度センサ４４３に計測開始信号を供給する。計測開始信号の供給後、加速度センサ４４１と角度センサ４４３が初期化される（加速度センサ・角度センサ初期化時間）。加速度センサ４４１と角度センサ４４３の初期化とは、加速度センサ４４１と角度センサ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。加速度センサ４４１と角度センサ４４３の初期化が終了すると、計測開始遅れ（例えば、約４８０ｍｓ）の後に、加速度センサ４４１と角度センサ４４３が計測を開始する。加速度センサ・角度センサ初期化時間は、例えば、１００ｍｓである。
【0056】
図９（Ｄ）に示すように、計測開始遅れの後に、加速度センサ４４１は、所定の計測時間、３軸（Ｘ／Ｙ／Ｚ軸）それぞれについての加速度を計測する。加速度センサ４４１の計測値は、第１歯車２２と第２歯車２３の噛み合いにより、第１歯車２２ひいては軸受部２５０で生じた振動を表している。なお、図９（Ｄ）では３軸のうちのいずれかの軸についての、加速度センサ４４１による計測加速度値を示す。所定の計測時間は、例えば、２５ｍｓであって、軸２４ａの１回転未満に相当する時間である。所定の計測時間の間、加速度センサ４４１は、サンプリング周期で計測を繰り返すので、計測結果は離散的な複数の瞬時値である。このように、加速度センサ４４１は、Ｚ相検出器４４４がパルスを生成した後、計測開始時点から一定の計測時間、軸受部２５０の振動に起因する加速度の瞬時値を計測する。
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の計測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の計測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および角度センサ４４３の計測データを取得し、記憶部２３０に当該計測データを格納するように、プログラミングすることである。
処理（３）で、ＣＰＵ４５５は、計測終了（タイマアウト）を判定するためのＷａｋｅ－ｕｐタイマを起動する。
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の計測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の計測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および角度センサ４４３の計測データを取得し、記憶部２３０に当該計測データを格納するように、プログラミングすることである。
処理（３）で、ＣＰＵ４５５は、計測終了（タイマアウト）を判定するためのＷａｋｅ－ｕｐタイマを起動する。
【0057】
計測開始遅れは、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。加速度および角度の計測は、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。加速度および角度の計測は、Ｗａｋｅ－ｕｐタイマが満了すると終了する。加速度および角度の計測が終了すると、ＣＰＵ４５５のスリープは解除され、ＣＰＵ４５５は稼働状態に復帰する。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。
【0058】
また、図９（Ｅ）に示すように、計測開始遅れの後に、角度センサ４４３は、所定の計測時間、第１軸２４ａの角度位置を計測する。所定の計測時間は、例えば、２５ｍｓであって、軸２４ａの１回転未満に相当する時間である。所定の計測時間の間、角度センサ４４３は、サンプリング周期で計測を繰り返すので、計測結果は離散的な複数の瞬時値である。このように、角度センサ４４３は、Ｚ相検出器４４４がパルスを生成した後、計測開始時点から一定の計測時間、軸２４ａの角度の瞬時値を計測する。本実施形態では、角度センサ４４３の２５個の読み取り器は、同時に所定の計測時間、サンプリング周期で軸２４ａの角度位置を計測する。
角度センサ４４３の波形は加速度センサ４４１の波形に比べて、「ＤＭＡ遅れ」の分だけ、遅れて記憶部２３０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「ＤＭＡ遅れ」と称する。
加速度および角度の計測の終了後、「データ転送時間」において計測装置１００から歯車故障判断装置１０へデータ（加速度センサで計測された加速度の瞬時値と角度センサで計測された角度の瞬時値の組）が転送される。データ転送時間は、例えば、１秒である。電源オン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。
角度センサ４４３の波形は加速度センサ４４１の波形に比べて、「ＤＭＡ遅れ」の分だけ、遅れて記憶部２３０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「ＤＭＡ遅れ」と称する。
加速度および角度の計測の終了後、「データ転送時間」において計測装置１００から歯車故障判断装置１０へデータ（加速度センサで計測された加速度の瞬時値と角度センサで計測された角度の瞬時値の組）が転送される。データ転送時間は、例えば、１秒である。電源オン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。
【0059】
データ転送が終了すると、電源管理ＩＣ２６３が負荷Ｌへの給電を停止し、蓄電池１５０に充電を開始する。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り、負荷Ｌ（角度センサ基板１４２、制御基板１４３、およびそれらの上の加速度センサ４４１、角度センサ４４３、Ｚ相検出器４４４、アンテナ１４７等）への給電を再度可能となる。
【0060】
この後、ペアリング時間とセンサ準備期間と処理待ち時間が終了した後、最初にＺ相検出器４４４がＺ相用磁石１６２を検出したパルスを生成すると、ＣＰＵ４５５は、加速度センサ４４１と角度センサ４４３に計測開始信号を供給する。但し、直前の計測開始信号の供給時点は、Ｚ相検出パルスの生成（Ｚ相検出器４４４によるＺ相用磁石１６２の検出）の直後であるのに対して、今回の計測開始信号の供給時点は、Ｚ相検出パルスの生成の後、一定時間ずれている。これは、加速度センサ４４１による所定時間の加速度の計測および角度センサ４４３による角度の計測のたびに、計測開始時点を変化させるためである。したがって、加速度センサ４４１と角度センサ４４３は、所定時間の計測のたびに、異なる機械角（軸２４ａの周囲の実際の角度）に対応する瞬時値を計測することになる。このようにすることで計測開始時点の重複を防ぐことができる。
ＣＰＵ４５５（計測開始時点変化部）は、Ｚ相検出パルスに対する次の計測開始信号の供給時点を決定する。Ｚ相検出パルスに対する計測開始信号の供給時点は、例えば、直前の供給時点より遅れるように決定することができる。
ＣＰＵ４５５（計測開始時点変化部）は、Ｚ相検出パルスに対する次の計測開始信号の供給時点を決定する。Ｚ相検出パルスに対する計測開始信号の供給時点は、例えば、直前の供給時点より遅れるように決定することができる。
【0061】
計測開始信号の後、加速度センサ４４１と角度センサ４４３の初期化が終了すると、計測開始遅れの後に、加速度センサ４４１と角度センサ４４３が再び計測を開始する。加速度および角度の計測の終了後、データが計測装置１００から歯車故障判断装置１０へ転送される。データ転送が終了すると、電源管理ＩＣ２６３が負荷Ｌへの給電を停止し、蓄電池１５０に充電を開始する。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り、負荷Ｌへの給電を再度可能となる。この後、ペアリング時間とセンサ準備期間と処理待ち時間が終了し、Ｚ相検出パルスが生成された後、ＣＰＵ４５５は、加速度センサ４４１と角度センサ４４３に計測開始信号を供給する。以降、このような動作が繰り返される。したがって、電源管理ＩＣ２６３は、加速度センサ４４１による所定時間（軸２４ａの１回転未満に相当する時間）の加速度の瞬時値の計測と角度センサ４４３による所定時間（軸２４ａの１回転未満に相当する時間）の角度の瞬時値の計測が終わるたびに、蓄電池１５０による加速度センサ４４１、角度センサ４４３等への給電を停止し、発電部１４９で発生した電気を蓄電池１５０に充電する。
【0062】
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）は、角度センサ４４３の更新周期（サンプリング周期）と等しい。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）、記憶部２３０に記憶される。つまり、記憶部２３０は、加速度センサ４４１と角度センサ４４３によって同時に計測された加速度の瞬時値と角度の瞬時値を関連付けて記憶する。本実施形態では、角度センサ４４３の２５個の読み取り器は同時に所定の計測時間、軸２４ａの角度位置を計測する。したがって、計測装置１００の記憶部２３０および歯車故障判断装置１０の記憶部１３は、加速度センサ４４１と２５個の読み取り器によって同時に計測された加速度の瞬時値と角度の瞬時値を関連付けて記憶する。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。加速度センサ４４１と角度センサ４４３のサンプリング周波数（ＯＤＲ）は、例えば、歯車の噛み合い周波数に基づいて、予め選択（設定）されている。
【0063】
図１１は、計測装置１００の動作を説明するためのフローチャートである。この動作は、計測装置１００への最初の電源オン（図９（Ａ）の最初の電源オン）で開始する。
Ｓ１において、ＣＰＵ４５５は、ペアリング時間（例えば、５秒）が経過したか否かを判定する。判定結果がＹｅｓの場合、動作はＳ２に進む。判定結果がＮｏの場合、Ｓ１を繰り返す。
Ｓ２において、ＣＰＵ４５５は、センサ準備期間（例えば、５０ｍｓ）が経過したか否かを判定する。判定結果がＹｅｓの場合、動作はＳ３に進む。判定結果がＮｏの場合、Ｓ２を繰り返す。
Ｓ１において、ＣＰＵ４５５は、ペアリング時間（例えば、５秒）が経過したか否かを判定する。判定結果がＹｅｓの場合、動作はＳ２に進む。判定結果がＮｏの場合、Ｓ１を繰り返す。
Ｓ２において、ＣＰＵ４５５は、センサ準備期間（例えば、５０ｍｓ）が経過したか否かを判定する。判定結果がＹｅｓの場合、動作はＳ３に進む。判定結果がＮｏの場合、Ｓ２を繰り返す。
【0064】
Ｓ３において、ＣＰＵ４５５は、処理待ち時間（例えば、３０秒）が経過したか否かを判定する。判定結果がＹｅｓの場合、動作はＳ４に進む。判定結果がＮｏの場合、Ｓ３を繰り返す。
Ｓ４において、ＣＰＵ４５５は、Ｚ相検出器４４４がＺ相用磁石１６２を検知したか否かを判定する。判定結果がＹｅｓの場合、動作はＳ５に進む。判定結果がＮｏの場合、Ｓ４を繰り返す。
Ｓ５において、ＣＰＵ４５５は、計測開始信号の供給時点であるか否かを判定する。判定結果がＹｅｓの場合、動作はＳ６に進む。判定結果がＮｏの場合、Ｓ５を繰り返す。計測開始信号の供給時点の初期値はゼロであり、したがって第１回の計測の場合、Ｓ４の直後、Ｓ５の判定結果はＹｅｓになって、動作はＳ６に進む。
Ｓ４において、ＣＰＵ４５５は、Ｚ相検出器４４４がＺ相用磁石１６２を検知したか否かを判定する。判定結果がＹｅｓの場合、動作はＳ５に進む。判定結果がＮｏの場合、Ｓ４を繰り返す。
Ｓ５において、ＣＰＵ４５５は、計測開始信号の供給時点であるか否かを判定する。判定結果がＹｅｓの場合、動作はＳ６に進む。判定結果がＮｏの場合、Ｓ５を繰り返す。計測開始信号の供給時点の初期値はゼロであり、したがって第１回の計測の場合、Ｓ４の直後、Ｓ５の判定結果はＹｅｓになって、動作はＳ６に進む。
【0065】
Ｓ６において、ＣＰＵ４５５は、加速度センサ４４１と角度センサ４４３に計測開始信号を供給する。計測開始信号が供給されると、図９に示すように、加速度センサ４４１と角度センサ４４３が初期化され（初期化時間は、例えば、１００ｍｓ）、計測開始遅れ（約４８０ｍｓ）の後に加速度センサ４４１と角度センサ４４３が計測を所定の計測時間（例えば、２５ｍｓ）行い、加速度センサ４４１が計測した加速度の瞬時値と角度センサ４４３が計測した角度の瞬時値を同期した形でＤＭＡコントローラ４５６が記憶部２３０に記憶させる。上記の通り、計測開始遅れの間に、ＣＰＵ４５５は３つの処理（１）～（３）を行い、スリープ状態になる。
【0066】
次に、Ｓ７において、ＣＰＵ４５５は計測値の送信時点であるか否かを判定する。判定結果がＹｅｓの場合、動作はＳ８に進む。判定結果がＮｏの場合、Ｓ７を繰り返す。Ｓ７の判定結果がＹｅｓとは、上記のＷａｋｅ－ｕｐタイマの満了によって、ＣＰＵ４５５がスリープ状態から稼働状態に復帰することを意味する。
Ｓ８において、記憶部２３０に格納された加速度センサ４４１が計測した瞬時値と角度センサ４４３が計測した瞬時値を、ＣＰＵ４５５が計測装置１００から歯車故障判断装置１０にＢＬＥ無線通信で送信（転送）する。
このように、Ｓ２～Ｓ８によって、計測装置１００の１回分の計測が行われる。
Ｓ８において、記憶部２３０に格納された加速度センサ４４１が計測した瞬時値と角度センサ４４３が計測した瞬時値を、ＣＰＵ４５５が計測装置１００から歯車故障判断装置１０にＢＬＥ無線通信で送信（転送）する。
このように、Ｓ２～Ｓ８によって、計測装置１００の１回分の計測が行われる。
【0067】
次に、Ｓ９において、ＣＰＵ４５５は、電源管理ＩＣ２６３に給電停止を指令する。これにより、電源管理ＩＣ２６３は、蓄電池１５０による加速度センサ４４１、角度センサ４４３等への給電を停止し、発電部１４９で発生した電気を蓄電池１５０に充電する。
上記の通り、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り、蓄電池１５０による加速度センサ４４１、角度センサ４４３等への給電を再開する。蓄電池１５０の充電が完了すると、電源管理ＩＣ２６３はＣＰＵ４５５にも充電完了信号を送る。
Ｓ１０において、ＣＰＵ４５５は、電源管理ＩＣ２６３から充電完了信号を受け取ったか否か判定する。判定結果がＹｅｓの場合、動作はＳ１１に進む。判定結果がＮｏの場合、Ｓ８を繰り返す。
Ｓ１１において、ＣＰＵ４５５は、次の計測を実行するか否か判定する。換言すれば、実行した計測回数が所定数に達したか否か判定する。判定結果がＹｅｓの場合、Ｓ１２に進む。判定結果がＮｏの場合、動作は終了する。
Ｓ１２において、ＣＰＵ４５５は、給電の停止直前の計測開始信号の供給時点（計測開始指令時点）に基づいて、Ｚ相検出パルスに対する次の計測開始信号の供給時点（計測開始指令時点）を決定する。次の計測開始指令時点は、例えば直前の計測開始指令時点に所定の時間を加算または減算して決定することができる。こうして、ＣＰＵ４５５は、所定時間の加速度と角度の計測のたびに、計測開始時点を変化させる。
この後、動作はＳ１に戻る。
上記の通り、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り、蓄電池１５０による加速度センサ４４１、角度センサ４４３等への給電を再開する。蓄電池１５０の充電が完了すると、電源管理ＩＣ２６３はＣＰＵ４５５にも充電完了信号を送る。
Ｓ１０において、ＣＰＵ４５５は、電源管理ＩＣ２６３から充電完了信号を受け取ったか否か判定する。判定結果がＹｅｓの場合、動作はＳ１１に進む。判定結果がＮｏの場合、Ｓ８を繰り返す。
Ｓ１１において、ＣＰＵ４５５は、次の計測を実行するか否か判定する。換言すれば、実行した計測回数が所定数に達したか否か判定する。判定結果がＹｅｓの場合、Ｓ１２に進む。判定結果がＮｏの場合、動作は終了する。
Ｓ１２において、ＣＰＵ４５５は、給電の停止直前の計測開始信号の供給時点（計測開始指令時点）に基づいて、Ｚ相検出パルスに対する次の計測開始信号の供給時点（計測開始指令時点）を決定する。次の計測開始指令時点は、例えば直前の計測開始指令時点に所定の時間を加算または減算して決定することができる。こうして、ＣＰＵ４５５は、所定時間の加速度と角度の計測のたびに、計測開始時点を変化させる。
この後、動作はＳ１に戻る。
【0068】
次に、本実施形態における歯車故障判断の原理について説明する。
図１２は、計測装置１００で計測された加速度と角度の時間的変化を示す。具体的には、上のグラフは３軸加速度センサ４４１が出力した１つの軸に関する加速度の変化を示す。他の２軸に関する加速度の変化の図示は省略する。中央のグラフは角度センサ４４３の１つの読み取り器が出力した角度（電気角）の変化を示し、下のグラフは角度センサ４４３の他の読み取り器（中央のグラフに関する読み取り器の隣の読み取り器）が出力した角度の変化を示す。他の２３個の読み取り器が出力した角度の変化の図示は省略する。
上記の通り、所定の計測時間の間、加速度センサ４４１は、サンプリング周期で計測を繰り返すので、計測結果は離散的な複数の瞬時値である。また、所定の計測時間の間、角度センサ４４３の各読み取り器は、サンプリング周期で計測を繰り返すので、計測結果は離散的な複数の瞬時値である。
上記の通り、所定時間（軸２４ａの１回転未満に相当する時間）の加速度と角度の計測のたびに、計測開始時点が変化するので、第１回の計測と第２回の計測では、Ｚ相検出時点に対して、計測開始ずれがある。以降の複数回の計測でも同様である。
上記の通り、２５個の読み取り器は、軸２４ａの軸線周りに等角間隔に配置されているので、読み取り器は、隣の読み取り器の読み取り値と１４．４°離れて類似する読み取り値を出力する。
図１２は、計測装置１００で計測された加速度と角度の時間的変化を示す。具体的には、上のグラフは３軸加速度センサ４４１が出力した１つの軸に関する加速度の変化を示す。他の２軸に関する加速度の変化の図示は省略する。中央のグラフは角度センサ４４３の１つの読み取り器が出力した角度（電気角）の変化を示し、下のグラフは角度センサ４４３の他の読み取り器（中央のグラフに関する読み取り器の隣の読み取り器）が出力した角度の変化を示す。他の２３個の読み取り器が出力した角度の変化の図示は省略する。
上記の通り、所定の計測時間の間、加速度センサ４４１は、サンプリング周期で計測を繰り返すので、計測結果は離散的な複数の瞬時値である。また、所定の計測時間の間、角度センサ４４３の各読み取り器は、サンプリング周期で計測を繰り返すので、計測結果は離散的な複数の瞬時値である。
上記の通り、所定時間（軸２４ａの１回転未満に相当する時間）の加速度と角度の計測のたびに、計測開始時点が変化するので、第１回の計測と第２回の計測では、Ｚ相検出時点に対して、計測開始ずれがある。以降の複数回の計測でも同様である。
上記の通り、２５個の読み取り器は、軸２４ａの軸線周りに等角間隔に配置されているので、読み取り器は、隣の読み取り器の読み取り値と１４．４°離れて類似する読み取り値を出力する。
【0069】
図１３は、歯車故障検出システム３０のうち歯車故障判断に特に関連する要素を示す。上記の通り、計測装置１００において、加速度センサ４４１が計測した加速度の瞬時値と角度センサ４４３が計測した角度の瞬時値を同期した形でＤＭＡコントローラ４５６が記憶部２３０に記憶させる。記憶部２３０に格納された加速度センサ４４１が計測した瞬時値と角度センサ４４３が計測した瞬時値は、無線モジュール４５３からＢＬＥ無線送信され、歯車故障判断装置１０の通信部１５で受信される。ＢＬＥ無線送信は周期的に繰り返されるので、歯車故障判断装置１０の通信部１５は、加速度の瞬時値と角度の瞬時値を周期的に受信する。
【0070】
歯車故障判断装置１０の制御部１２は、記憶部１３に加速度センサ４４１が計測した加速度の瞬時値と角度センサ４４３が計測した角度の瞬時値を蓄積する。一回の蓄積では、所定時間（軸２４ａの１回転未満に相当する時間）の加速度と角度の瞬時値が記憶部１３に格納され、蓄積は、軸２４ａが複数回、回転する間、周期的に行われる。したがって、記憶部１３は、軸２４ａが複数回、回転する間に加速度センサ４４１によって計測された加速度の瞬時値と角度センサ４４３によって計測された角度の瞬時値を記憶する。
制御部（加速度プロファイル生成部）１２は、記憶部１３に蓄積された加速度の複数の瞬時値を読み出して、軸２４ａが複数回、回転する間に加速度センサ４４１に計測された加速度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた加速度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、軸２４ａの１回転あたりの加速度の変化を表す加速度プロファイルを生成する。
また、制御部（角度プロファイル生成部）１２は、記憶部１３に蓄積された角度の複数の瞬時値を読み出して、軸２４ａが複数回、回転する間に角度センサ４４３に計測された角度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた角度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、軸２４ａの１回転あたりの計測角度値の変化を表す角度プロファイルを生成する。上記の通り、加速度センサ４４１と角度センサ４４３のサンプリング周期は同じであり、記憶部２３０は加速度センサ４４１と角度センサ４４３によって同時に計測された加速度の瞬時値と角度の瞬時値を関連付けて記憶するので、生成された角度プロファイルは、加速度プロファイルと同期している。
制御部（加速度プロファイル生成部）１２は、記憶部１３に蓄積された加速度の複数の瞬時値を読み出して、軸２４ａが複数回、回転する間に加速度センサ４４１に計測された加速度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた加速度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、軸２４ａの１回転あたりの加速度の変化を表す加速度プロファイルを生成する。
また、制御部（角度プロファイル生成部）１２は、記憶部１３に蓄積された角度の複数の瞬時値を読み出して、軸２４ａが複数回、回転する間に角度センサ４４３に計測された角度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた角度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、軸２４ａの１回転あたりの計測角度値の変化を表す角度プロファイルを生成する。上記の通り、加速度センサ４４１と角度センサ４４３のサンプリング周期は同じであり、記憶部２３０は加速度センサ４４１と角度センサ４４３によって同時に計測された加速度の瞬時値と角度の瞬時値を関連付けて記憶するので、生成された角度プロファイルは、加速度プロファイルと同期している。
【0071】
図１４は、計測装置１００から加速度の離散的な複数の瞬時値と角度の離散的な複数の瞬時値を受信した歯車故障判断装置１０の制御部１２が生成した加速度プロファイルのグラフと角度プロファイルのグラフを示す。測定対象の歯車２２は２２個の歯を有し、参考のため歯番号を図１４に描写する。
加速度プロファイルのグラフと角度プロファイルのグラフの横軸は、時間であり、機械角（軸２４ａの周囲の実際の角度）とみなすこともできる。
加速度プロファイルのグラフは、３軸加速度センサ４４１が計測した１つの軸に関する加速度の変化を示す。制御部１２は、３軸加速度センサ４４１の３軸に関する加速度プロファイルを生成するが、他の２軸に関する加速度プロファイルのグラフの図示は省略する。
図１２に示すように、加速度センサ４４１の計測結果は離散的な複数の瞬時値である。加速度センサ４４１の計測結果は、周期的にＢＬＥ無線送信で、歯車故障判断装置１０に受信される。したがって、制御部１２は、計測結果の受信時点を基準として、軸２４ａが複数回、回転する間の加速度センサ４４１の計測結果を並べ替えて、並べ替えられた加速度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、軸２４ａの１回転（３６０°）あたりの加速度プロファイルを生成することができる。
加速度プロファイルのグラフと角度プロファイルのグラフの横軸は、時間であり、機械角（軸２４ａの周囲の実際の角度）とみなすこともできる。
加速度プロファイルのグラフは、３軸加速度センサ４４１が計測した１つの軸に関する加速度の変化を示す。制御部１２は、３軸加速度センサ４４１の３軸に関する加速度プロファイルを生成するが、他の２軸に関する加速度プロファイルのグラフの図示は省略する。
図１２に示すように、加速度センサ４４１の計測結果は離散的な複数の瞬時値である。加速度センサ４４１の計測結果は、周期的にＢＬＥ無線送信で、歯車故障判断装置１０に受信される。したがって、制御部１２は、計測結果の受信時点を基準として、軸２４ａが複数回、回転する間の加速度センサ４４１の計測結果を並べ替えて、並べ替えられた加速度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、軸２４ａの１回転（３６０°）あたりの加速度プロファイルを生成することができる。
【0072】
図１４の角度プロファイルのグラフは、角度センサ４４３の２５個の読み取り器が計測した角度（電気角）の変化を示す。
図１２に示すように、角度センサ４４３の計測結果は離散的な複数の瞬時値である。角度センサ４４３の計測結果は、周期的にＢＬＥ無線送信で、歯車故障判断装置１０に受信される。したがって、制御部１２は、計測結果の受信時点を基準として、軸２４ａが複数回、回転する間の角度センサ４４３の計測結果を並べ替えて、並べ替えられた角度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、軸２４ａの１回転（３６０°）あたりの角度プロファイルを生成することができる。
角度センサ４４３は、軸２４ａの軸線周りに等角間隔に配置された２５個の読み取り器を有するので、２５個の読み取り器の計測結果から生成された角度プロファイルは、軸２４ａの１回転（機械角３６０°の角度変位）の間に、２５個のほぼ直線状の斜めのセグメントを有する。各セグメントは、２５個の読み取り器が計測した電気角（絶対角）の瞬時値から構成された０°から３６０°の電気角の変位を有する。
図１２に示すように、角度センサ４４３の計測結果は離散的な複数の瞬時値である。角度センサ４４３の計測結果は、周期的にＢＬＥ無線送信で、歯車故障判断装置１０に受信される。したがって、制御部１２は、計測結果の受信時点を基準として、軸２４ａが複数回、回転する間の角度センサ４４３の計測結果を並べ替えて、並べ替えられた角度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、軸２４ａの１回転（３６０°）あたりの角度プロファイルを生成することができる。
角度センサ４４３は、軸２４ａの軸線周りに等角間隔に配置された２５個の読み取り器を有するので、２５個の読み取り器の計測結果から生成された角度プロファイルは、軸２４ａの１回転（機械角３６０°の角度変位）の間に、２５個のほぼ直線状の斜めのセグメントを有する。各セグメントは、２５個の読み取り器が計測した電気角（絶対角）の瞬時値から構成された０°から３６０°の電気角の変位を有する。
【0073】
図１５は、本発明の実施形態ではなく、高分解能で高サンプリング周波数の高額な加速度センサと角度センサで、軸２４ａの１回転（３６０°）の間、連続的に計測された結果から得られた加速度プロファイルのグラフと角度プロファイルのグラフを示す。測定対象の歯車２２は２２個の歯を有し、参考のため歯番号を図１５に描写する。角度センサは、１個の読み取り器を有する。
図１４と図１５の比較から明らかなように、本実施形態に係る低分解能で低サンプリング周波数の低性能の加速度センサと角度センサで繰り返し計測することにより得られた加速度プロファイルと角度プロファイルは、高分解能で高サンプリング周波数の高額な加速度センサと角度センサで計測することにより得られた加速度プロファイルと角度プロファイルに比べて、遜色ない精度を有する。
図１４と図１５の比較から明らかなように、本実施形態に係る低分解能で低サンプリング周波数の低性能の加速度センサと角度センサで繰り返し計測することにより得られた加速度プロファイルと角度プロファイルは、高分解能で高サンプリング周波数の高額な加速度センサと角度センサで計測することにより得られた加速度プロファイルと角度プロファイルに比べて、遜色ない精度を有する。
【0074】
歯車故障判断装置１０の制御部（故障判断部）１２は、加速度プロファイルと角度プロファイルに基づいて、歯車の故障を判断する。
次に、歯車故障判断装置１０の制御部１２が実行する故障判断処理について、図１６を用いて説明する。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。
まず、制御部１２は、角度プロファイル（図１４）の計測角度（電気角）を機械角φ（ｔ）に換算する。この換算は、限定されないが、電気角の差分を累積した値を３６０で除算して、余りを求めることで行われる（処理４９０）。
制御部１２は、加速度プロファイルの計測加速度値ａ（ｔ）と、処理４９０で得られた機械角φ（ｔ）と、加速度プロファイルと角度プロファイルの時間ｔを関連付けて、記憶部１３に記憶する（処理５００）。図では、１つの軸に関する加速度値ａ（ｔ）のみ示し、他の２軸に関する加速度値の図示は省略されている。
次に、歯車故障判断装置１０の制御部１２が実行する故障判断処理について、図１６を用いて説明する。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。
まず、制御部１２は、角度プロファイル（図１４）の計測角度（電気角）を機械角φ（ｔ）に換算する。この換算は、限定されないが、電気角の差分を累積した値を３６０で除算して、余りを求めることで行われる（処理４９０）。
制御部１２は、加速度プロファイルの計測加速度値ａ（ｔ）と、処理４９０で得られた機械角φ（ｔ）と、加速度プロファイルと角度プロファイルの時間ｔを関連付けて、記憶部１３に記憶する（処理５００）。図では、１つの軸に関する加速度値ａ（ｔ）のみ示し、他の２軸に関する加速度値の図示は省略されている。
【0075】
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を用いて入力する（処理５１０）。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１７と図１８を用いて後述する。
【0076】
制御部（マップ生成部）１２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（処理５２０）。
図１７および図１８は角度と歯のマップの例を示す図である。図１７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１７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１８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１８は角度オフセット値を用いて作成したマップである。図１８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１８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１８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１８のマップを使用する場合は、ユーザは、処理５１０において角度オフセット値として４４．６度を入力部１１に入力することになる。
図１７および図１８は角度と歯のマップの例を示す図である。図１７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１７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１８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１８は角度オフセット値を用いて作成したマップである。図１８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１８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１８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１８のマップを使用する場合は、ユーザは、処理５１０において角度オフセット値として４４．６度を入力部１１に入力することになる。
【0077】
図１７および図１８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１７および図１８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、処理５２０によりマッピング関数が生成される。制御部１２は、図１７のマップまたは図１８のマップを使用する。図１７のマップを使用した場合、歯車のどの歯が破損している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１８のマップを使用した場合、歯車のどの歯が破損しているのかが分かる。以下の記載においては、図１８のマップを使用すると想定する。
【0078】
角度と歯のマップ（マッピング関数）を生成した後、制御部１２は、歯毎の平均加速度信号強度を算出する（処理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および情報は、処理５００で記憶部１３に記憶された機械角φ（ｔ）と計測加速度値ａ（ｔ）と、図１８のマップである。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】
【0079】
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））はあるサンプル角度位置φ（ｉ）における計測加速度値である。ｔｏｏｔｈ（φ（ｉ））は、サンプル角度位置φ（ｉ）におけるマッピング関数の値である。サンプル角度位置φ（ｉ）がｋ番目の歯に対応しない場合、ｔｏｏｔｈ（φ（ｉ））はｋに等しくないので、ｓ（φ（ｉ））は０になる。サンプル角度位置φ（ｉ）がｋ番目の歯に対応する場合、ｔｏｏｔｈ（φ（ｉ））はｋに等しいので、ｓ（φ（ｉ））は計測加速度値（ａ（ｉ））になる。ｎsamples,kは、条件（*）に合致する計測加速度値のサンプル数（ｋ番目の歯に対応する計測加速度値のサンプル数）を示している。
【0080】
式（１）により、１つの歯に対応するすべての計測加速度値（サンプル値）が平方されて合計され、１つの歯に対応する計測加速度値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、処理５３０により、２２個の歯の加速度信号強度を得ることができる。
図１６の符号５４０は、式（１）で使用される値を、歯毎に示している。
図１６の符号５４０は、式（１）で使用される値を、歯毎に示している。
【0081】
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）のそれぞれで計測加速度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計測加速度値をそれぞれ、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、これらの計測加速度値の合成（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。
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計測加速度値であってもよい。
【数2】
【0082】
よって、３軸のそれぞれで取得された計測加速度値ｘ（φ（ｉ））、ｙ（φ（ｉ））、ｚ（φ（ｉ））を用いると、式（２）を考慮した式（１）の加速度信号強度は、以下の式（３）のように表される。
制御部（第１算出部）１２は、式（３）を用いて、加速度信号強度を算出する。
【数3】
【0083】
式（３）の計算が終了すると、図１６の処理５５０が行われる。この処理により、相対信号強度係数（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。歯と歯が噛み合うと、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、処理５５０を行う。具体的には、処理５５０では、まず、制御部（第２算出部）１２は、式（４）の計算を行う。すなわち、全ての歯の加速度信号強度の平均値Ｐ￣を計算する。
ここで、Ｚは加速度信号強度のサンプル数、つまり歯車の歯の数を表す。
【数4】
【0084】
次に、制御部（第３算出部）１２は、式（５）を用いて、各歯について相対信号強度係数Ｐrel（ｋ）を計算する。
【数5】
【0085】
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。
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して使用できる。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してもよい）。
このように、本実施形態によれば、相対信号強度係数は、個々の歯の状態を示す損傷指標値として使用され、加速度信号強度の歯毎の評価（Per-tooth評価）が可能になる。
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。
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して使用できる。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してもよい）。
このように、本実施形態によれば、相対信号強度係数は、個々の歯の状態を示す損傷指標値として使用され、加速度信号強度の歯毎の評価（Per-tooth評価）が可能になる。
【0086】
次に、上記した実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、軸２４ａが複数回、回転する間に加速度センサ４４１に計測された加速度の多数の瞬時値と角度センサ４４３に計測された角度の多数の瞬時値が蓄積される。歯車の故障箇所は、３６０°の角度範囲のいずれかの角度位置での加速度の異常として検出される。軸２４ａの複数回の回転では、歯車の故障箇所に対応する加速度の異常および歯車の故障箇所に対応する角度が繰り返し計測されることになる。本実施形態においては、軸２４ａの複数回の回転で蓄積された加速度の多数の瞬時値を並べ替え、並べ替えられた加速度の瞬時値を繋ぎ合わせることで、加速度センサ４４１の性能が低くても、軸２４ａの１回転あたりの加速度の変化を表す加速度プロファイルを生成することができる。また、軸２４ａの複数回の回転で蓄積された角度の多数の瞬時値を並べ替え、並べ替えられた角度の瞬時値を繋ぎ合わせることで、角度センサ４４３の性能が低くても、軸２４ａの１回転あたりの角度の変化を表す角度プロファイルを生成することができる。このようにして得られた互いに同期している角度プロファイルと加速度プロファイルに基づいて、歯車の故障を精度よく判断することができる。すなわち軸２４ａの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。また、角度プロファイルと加速度プロファイルは同期しているので、軸２４ａの回転数が変動しても異常発生個所を特定することができる。
本実施形態においては、軸２４ａが複数回、回転する間に加速度センサ４４１に計測された加速度の多数の瞬時値と角度センサ４４３に計測された角度の多数の瞬時値が蓄積される。歯車の故障箇所は、３６０°の角度範囲のいずれかの角度位置での加速度の異常として検出される。軸２４ａの複数回の回転では、歯車の故障箇所に対応する加速度の異常および歯車の故障箇所に対応する角度が繰り返し計測されることになる。本実施形態においては、軸２４ａの複数回の回転で蓄積された加速度の多数の瞬時値を並べ替え、並べ替えられた加速度の瞬時値を繋ぎ合わせることで、加速度センサ４４１の性能が低くても、軸２４ａの１回転あたりの加速度の変化を表す加速度プロファイルを生成することができる。また、軸２４ａの複数回の回転で蓄積された角度の多数の瞬時値を並べ替え、並べ替えられた角度の瞬時値を繋ぎ合わせることで、角度センサ４４３の性能が低くても、軸２４ａの１回転あたりの角度の変化を表す角度プロファイルを生成することができる。このようにして得られた互いに同期している角度プロファイルと加速度プロファイルに基づいて、歯車の故障を精度よく判断することができる。すなわち軸２４ａの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。また、角度プロファイルと加速度プロファイルは同期しているので、軸２４ａの回転数が変動しても異常発生個所を特定することができる。
【0087】
計測装置１００においては、加速度センサ４４１による所定時間の加速度の計測のたびに、計測開始時点が変化させられる。したがって、所定時間の計測のたびに、軸２４ａにおける異なる角度位置での加速度の瞬時値を加速度センサ４４１が計測する。したがって、軸２４ａの複数回の回転で蓄積された加速度の多数の瞬時値を並べ替え、並べ替えられた加速度の瞬時値を繋ぎ合わせることで、軸２４ａの１回転あたりの加速度の変化を表す加速度プロファイルを容易に生成することができる。
また、計測装置１００においては、角度センサ４４３による所定時間の角度の計測のたびに、計測開始時点が変化させられる。したがって、所定時間の計測のたびに、軸２４ａにおける異なる角度位置での角度の瞬時値を角度センサ４４３が計測する。したがって、軸２４ａの複数回の回転で蓄積された角度の多数の瞬時値を並べ替え、並べ替えられた角度の瞬時値を繋ぎ合わせることで、軸２４ａの１回転あたりの角度の変化を表す角度プロファイルを容易に生成することができる。
また、計測装置１００においては、角度センサ４４３による所定時間の角度の計測のたびに、計測開始時点が変化させられる。したがって、所定時間の計測のたびに、軸２４ａにおける異なる角度位置での角度の瞬時値を角度センサ４４３が計測する。したがって、軸２４ａの複数回の回転で蓄積された角度の多数の瞬時値を並べ替え、並べ替えられた角度の瞬時値を繋ぎ合わせることで、軸２４ａの１回転あたりの角度の変化を表す角度プロファイルを容易に生成することができる。
【0088】
計測装置１００において、加速度センサ４４１と角度センサ４４３のサンプリング周期は同じであり、加速度センサ４４１と角度センサ４４３によって同時に計測された加速度の瞬時値と角度の瞬時値は関連付けられて記憶部２３０に記憶される。そして、記憶部２３０に記憶された計測値の生データ（加速度の離散的な複数の瞬時値と角度の離散的な複数の瞬時値が時間軸上で関連付けられている）は、歯車故障判断装置１０に転送され、歯車故障判断装置１０の記憶部１３に蓄積される。したがって、歯車故障判断装置１０では、制御部１２が同期した加速度プロファイルと角度プロファイルを容易に生成することができる。
【0089】
本実施形態では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの加速度を計測する３軸加速度センサ４４１によって、歯車の故障箇所を精度よく判断することができる。
【0090】
角度センサ４４３は、軸２４ａの軸線周りに等角間隔に配置された複数の読み取り器を有するので、個々の読み取り器の分解能が低くても、歯車故障判断装置１０は高精度な角度プロファイルを生成することができる。
【0091】
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、軸受部２５０の外輪２５０Ａと内輪２５０Ｂとの相対的な回転を利用して発電する発電部１４９で得られた電気が、加速度センサ４４１、角度センサ４４３、Ｚ相検出器４４４等に給電するエネルギ源となるので、軸受部２５０またはその周辺に大きなエネルギ源を設ける必要がない。よって、計測装置１００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は、自己発電機能により生成された微小な電力を用いて、加速度と角度の計測および計測されたデータを、故障判断装置１０へ無線送信することができる。自己発電機能によって、長期にわたって（少なくとも軸２４ａの複数回の回転の間）、加速度センサ４４１を加速度の計測に使用することができる。
また、加速度センサ４４１と角度センサ４４３による所定期間の計測のたびに蓄電池１５０による加速度センサ４４１、角度センサ４４３、Ｚ相検出器４４４等への給電が停止されて、発電部１４９で発生した電気の蓄電池１５０への充電が行われるので、蓄電池１５０の蓄電可能な電荷量が小さくてもよい。
さらに、加速度センサ４４１と角度センサ４４３による計測の間、ＣＰＵ４５５はスリープ状態になるので、蓄電池１５０の蓄電可能な電荷量が小さくてもよい。
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は、自己発電機能により生成された微小な電力を用いて、加速度と角度の計測および計測されたデータを、故障判断装置１０へ無線送信することができる。自己発電機能によって、長期にわたって（少なくとも軸２４ａの複数回の回転の間）、加速度センサ４４１を加速度の計測に使用することができる。
また、加速度センサ４４１と角度センサ４４３による所定期間の計測のたびに蓄電池１５０による加速度センサ４４１、角度センサ４４３、Ｚ相検出器４４４等への給電が停止されて、発電部１４９で発生した電気の蓄電池１５０への充電が行われるので、蓄電池１５０の蓄電可能な電荷量が小さくてもよい。
さらに、加速度センサ４４１と角度センサ４４３による計測の間、ＣＰＵ４５５はスリープ状態になるので、蓄電池１５０の蓄電可能な電荷量が小さくてもよい。
【0092】
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を接続する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記憶部２３０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記憶部２３０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。
【0093】
計測装置１００は、ＤＭＡ転送によりデータ取得およ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。
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。
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。
【0094】
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。従来、歯車診断において行われている正常な歯車の振動データとの比較を行わず、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１６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計測加速度値を用いて、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。従来、歯車診断において行われている正常な歯車の振動データとの比較を行わず、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１６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計測加速度値を用いて、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。
【0095】
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。
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、振動伝達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。
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、振動伝達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。
【0096】
また、加速度センサ４４１は第１軸受２５の外輪２５０Ａに設置されている。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。
【0097】
次に本実施形態の変形例を説明する。図１９は、変形例に係る歯車故障検出システム３０のうち歯車故障判断に特に関連する要素を示す。この変形例では、ＤＭＡコントローラ４５６の代わりに、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）４５６Ａが設けられている。
加速度センサ４４１は、加速度の瞬時値を計測するたびに、加速度の瞬時値をＦＰＧＡ４５６Ａに送り、ＦＰＧＡ（加速度タイムスタンプ生成部）４５６Ａは、加速度センサ４４１から加速度の瞬時値を受け取ると、加速度センサ４４１が加速度の瞬時値を計測した時刻を示す加速度タイムスタンプを生成する。そして、ＦＰＧＡ４５６Ａは、加速度タイムスタンプを加速度の瞬時値に関連付けて、記憶部２３０に記憶させる。角度センサ４４３は、角度の瞬時値を計測するたびに、角度の瞬時値をＦＰＧＡ４５６Ａに送り、ＦＰＧＡ（角度タイムスタンプ生成部）４５６Ａは、角度センサ４４３から角度の瞬時値を受け取ると、角度センサ４４３が角度の瞬時値を計測した時刻を示す角度タイムスタンプを生成する。そして、ＦＰＧＡ４５６Ａは、角度タイムスタンプを角度の瞬時値に関連付けて、記憶部２３０に記憶させる。
加速度センサ４４１は、加速度の瞬時値を計測するたびに、加速度の瞬時値をＦＰＧＡ４５６Ａに送り、ＦＰＧＡ（加速度タイムスタンプ生成部）４５６Ａは、加速度センサ４４１から加速度の瞬時値を受け取ると、加速度センサ４４１が加速度の瞬時値を計測した時刻を示す加速度タイムスタンプを生成する。そして、ＦＰＧＡ４５６Ａは、加速度タイムスタンプを加速度の瞬時値に関連付けて、記憶部２３０に記憶させる。角度センサ４４３は、角度の瞬時値を計測するたびに、角度の瞬時値をＦＰＧＡ４５６Ａに送り、ＦＰＧＡ（角度タイムスタンプ生成部）４５６Ａは、角度センサ４４３から角度の瞬時値を受け取ると、角度センサ４４３が角度の瞬時値を計測した時刻を示す角度タイムスタンプを生成する。そして、ＦＰＧＡ４５６Ａは、角度タイムスタンプを角度の瞬時値に関連付けて、記憶部２３０に記憶させる。
【0098】
記憶部２３０に格納された加速度センサ４４１が計測した瞬時値と角度センサ４４３が計測した瞬時値は、加速度タイムスタンプと角度タイムスタンプに関連付けられたまま、無線モジュール４５３からＢＬＥ無線送信され、歯車故障判断装置１０の通信部１５で受信される。ＢＬＥ無線送信は周期的に繰り返されるので、歯車故障判断装置１０の通信部１５は、加速度の瞬時値と角度の瞬時値を周期的に受信する。
歯車故障判断装置１０の制御部１２は、記憶部１３に加速度センサ４４１が計測した加速度の瞬時値と角度センサ４４３が計測した角度の瞬時値を加速度タイムスタンプと角度タイムスタンプに関連付けられたまま、蓄積する。つまり、記憶部１３は、加速度センサ４４１によって計測された加速度の瞬時値と加速度タイムスタンプを関連付け、角度センサ４４３によって計測された角度の瞬時値と角度タイムスタンプを関連付けて記憶する。蓄積は、軸２４ａが複数回、回転する間、周期的に行われる。
歯車故障判断装置１０の制御部１２は、記憶部１３に加速度センサ４４１が計測した加速度の瞬時値と角度センサ４４３が計測した角度の瞬時値を加速度タイムスタンプと角度タイムスタンプに関連付けられたまま、蓄積する。つまり、記憶部１３は、加速度センサ４４１によって計測された加速度の瞬時値と加速度タイムスタンプを関連付け、角度センサ４４３によって計測された角度の瞬時値と角度タイムスタンプを関連付けて記憶する。蓄積は、軸２４ａが複数回、回転する間、周期的に行われる。
【0099】
この変形例では、加速度センサ４４１と角度センサ４４３が同期していなくても、加速度に関するタイムスタンプと角度に関するタイムスタンプに基づいて、同期した加速度プロファイルと角度プロファイルを容易に生成することができる。
つまり、図２０に示すように、加速度センサ４４１と角度センサ４４３のサンプリング周期は一致しなくてもよい。
つまり、図２０に示すように、加速度センサ４４１と角度センサ４４３のサンプリング周期は一致しなくてもよい。
【0100】
図２０に示すように、加速度センサ４４１のサンプリング周期よりも角度センサ４４３のサンプリング周期が長い場合には、加速度センサ４４１によって加速度の瞬時値が計測された瞬間、角度センサ４４３によって角度の瞬時値が計測されていないことがある。つまり、計測された加速度の瞬時値の数に対して、計測された角度の瞬時値の数が少ない。そこで、図２１に示すように、歯車故障判断装置１０の制御部（線形補間計算部）１２は、加速度センサ４４１によって加速度の瞬時値が計測され、角度センサ４４３によって角度の瞬時値が計測されていない瞬間の角度の瞬時値を、角度センサ４４３によって計測された角度の２つの瞬時値から補間して計算するのが好ましい。軸２４ａの角度変化は時間に対してほぼ線形であるから、補間は線形補間であってよい。図２１において、点Ａは角度センサ４４３によって計測された角度の２つの瞬時値を示し、点Ｂは補間で得られた角度の瞬時値を示す。
制御部１２は、角度センサ４４３によって計測された角度の２つの瞬時値に対応する角度タイムスタンプから、線形補間で得られた角度の瞬時値に対応する角度タイムスタンプを生成し、線形補間で得られた角度の瞬時値に当該角度タイムスタンプを関連付けて、記憶部１３に記憶する。
制御部１２は、角度センサ４４３によって計測された角度の２つの瞬時値に対応する角度タイムスタンプから、線形補間で得られた角度の瞬時値に対応する角度タイムスタンプを生成し、線形補間で得られた角度の瞬時値に当該角度タイムスタンプを関連付けて、記憶部１３に記憶する。
【0101】
制御部（加速度プロファイル生成部）１２は、記憶部１３に蓄積された加速度の複数の瞬時値と加速度タイムスタンプを読み出して、加速度タイムスタンプを利用して、軸２４ａが複数回、回転する間に加速度センサ４４１に計測された加速度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた加速度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、軸２４ａの１回転あたりの加速度の変化を表す加速度プロファイルを生成する。
また、制御部（角度プロファイル生成部）１２は、記憶部１３に蓄積された角度の複数の瞬時値と角度タイムスタンプを読み出して、角度タイムスタンプを利用して、軸２４ａが複数回、回転する間に角度センサ４４３に計測された角度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた角度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、軸２４ａの１回転あたりの計測角度値の変化を表す角度プロファイルを生成する。
加速度センサ４４１のサンプリング周期よりも角度センサ４４３のサンプリング周期が長い場合でも、制御部１２は、計測された角度の瞬時値と角度タイムスタンプに加えて、線形補間によって得られた角度の瞬時値と角度タイムスタンプを利用するので、生成された角度プロファイルは、加速度プロファイルと同期している。
また、制御部（角度プロファイル生成部）１２は、記憶部１３に蓄積された角度の複数の瞬時値と角度タイムスタンプを読み出して、角度タイムスタンプを利用して、軸２４ａが複数回、回転する間に角度センサ４４３に計測された角度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた角度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、軸２４ａの１回転あたりの計測角度値の変化を表す角度プロファイルを生成する。
加速度センサ４４１のサンプリング周期よりも角度センサ４４３のサンプリング周期が長い場合でも、制御部１２は、計測された角度の瞬時値と角度タイムスタンプに加えて、線形補間によって得られた角度の瞬時値と角度タイムスタンプを利用するので、生成された角度プロファイルは、加速度プロファイルと同期している。
【0102】
次に、加速度センサ４４１の性能の好ましい範囲を説明する。
図２２は、本実施形態で得られたＹ軸に関する加速度プロファイルの例を示す図である。この加速度プロファイルは、歯車の歯数が２２、軸の回転数が３０００ｒｐｍ、伝達トルクが１０００Ｎｍの条件で得られた。歯車には中程度の損傷があった。
図２２の加速度プロファイルにおいて、正常振動（歯車の損傷がない状態での振動）は、－２Ｇから＋２Ｇの加速度の範囲内にある。中程度の歯車損傷による異常振動は、正常振動の加速度の範囲の２倍（－４Ｇから＋４Ｇ）から３倍（－６Ｇから＋６Ｇ）である。
歯車の振動加速度は、伝達トルクにはあまり影響を受けず、軸の回転数、歯車の噛み合い状態、および歯車の種類によって変化しうる。図２２の加速度プロファイルは、振動加速度が低い条件に対応する。それゆえ、加速度センサ４４１は、少なくとも正常振動の加速度の範囲の２倍である－４Ｇから＋４Ｇの範囲の加速度を計測可能であれば、歯車の中程度の損傷を判断することができる。但し、加速度センサ４４１の計測値が長時間飽和すると、加速度センサ４４１の出力が不安定になる。したがって、加速度センサ４４１の計測可能な加速度の範囲は、少なくとも正常振動の加速度の範囲の３倍である－６Ｇから＋６Ｇであると好ましい。
振動加速度が高い条件の場合、正常振動は－５．３Ｇから＋５．３Ｇの加速度の範囲内にある。中程度の歯車損傷による異常振動は、正常振動の加速度の範囲の２倍（－１０．６Ｇから＋１０．６Ｇ）から３倍（－１６Ｇから＋１６Ｇ）である。それゆえ、加速度センサ４４１が－１０．６Ｇから＋１０．６Ｇの加速度を計測可能であれば、歯車の中程度の損傷を判断することができる。但し、加速度センサ４４１の計測値が長時間飽和すると、加速度センサ４４１の出力が不安定になる。したがって、加速度センサ４４１の計測可能な加速度の範囲は、正常振動の加速度の範囲の３倍である－１６Ｇから＋１６Ｇであると好ましい。
したがって、加速度センサ４４１の計測可能な加速度の範囲は、少なくとも－６Ｇから＋６Ｇであり、多くとも－１６Ｇから＋１６Ｇであると好ましい。
３軸加速度センサについては、３軸とも計測可能な加速度の範囲は、少なくとも－６Ｇから＋６Ｇであり、多くとも－１６Ｇから＋１６Ｇであると好ましい。このような計測可能な加速度の範囲の場合、歯車の噛み合い状態、および歯車の種類によっては、１軸の加速度計測結果だけでは、歯車の故障を識別できない場合もありうるが、３軸加速度センサによれば、歯車の故障を的確に識別することができる。
図２２は、本実施形態で得られたＹ軸に関する加速度プロファイルの例を示す図である。この加速度プロファイルは、歯車の歯数が２２、軸の回転数が３０００ｒｐｍ、伝達トルクが１０００Ｎｍの条件で得られた。歯車には中程度の損傷があった。
図２２の加速度プロファイルにおいて、正常振動（歯車の損傷がない状態での振動）は、－２Ｇから＋２Ｇの加速度の範囲内にある。中程度の歯車損傷による異常振動は、正常振動の加速度の範囲の２倍（－４Ｇから＋４Ｇ）から３倍（－６Ｇから＋６Ｇ）である。
歯車の振動加速度は、伝達トルクにはあまり影響を受けず、軸の回転数、歯車の噛み合い状態、および歯車の種類によって変化しうる。図２２の加速度プロファイルは、振動加速度が低い条件に対応する。それゆえ、加速度センサ４４１は、少なくとも正常振動の加速度の範囲の２倍である－４Ｇから＋４Ｇの範囲の加速度を計測可能であれば、歯車の中程度の損傷を判断することができる。但し、加速度センサ４４１の計測値が長時間飽和すると、加速度センサ４４１の出力が不安定になる。したがって、加速度センサ４４１の計測可能な加速度の範囲は、少なくとも正常振動の加速度の範囲の３倍である－６Ｇから＋６Ｇであると好ましい。
振動加速度が高い条件の場合、正常振動は－５．３Ｇから＋５．３Ｇの加速度の範囲内にある。中程度の歯車損傷による異常振動は、正常振動の加速度の範囲の２倍（－１０．６Ｇから＋１０．６Ｇ）から３倍（－１６Ｇから＋１６Ｇ）である。それゆえ、加速度センサ４４１が－１０．６Ｇから＋１０．６Ｇの加速度を計測可能であれば、歯車の中程度の損傷を判断することができる。但し、加速度センサ４４１の計測値が長時間飽和すると、加速度センサ４４１の出力が不安定になる。したがって、加速度センサ４４１の計測可能な加速度の範囲は、正常振動の加速度の範囲の３倍である－１６Ｇから＋１６Ｇであると好ましい。
したがって、加速度センサ４４１の計測可能な加速度の範囲は、少なくとも－６Ｇから＋６Ｇであり、多くとも－１６Ｇから＋１６Ｇであると好ましい。
３軸加速度センサについては、３軸とも計測可能な加速度の範囲は、少なくとも－６Ｇから＋６Ｇであり、多くとも－１６Ｇから＋１６Ｇであると好ましい。このような計測可能な加速度の範囲の場合、歯車の噛み合い状態、および歯車の種類によっては、１軸の加速度計測結果だけでは、歯車の故障を識別できない場合もありうるが、３軸加速度センサによれば、歯車の故障を的確に識別することができる。
【0103】
加速度センサ４４１の分解能は、計測可能な加速度の範囲の１０分の１以下であることが好ましい。図２２の例では、－６Ｇから＋６Ｇが計測可能な加速度の範囲であるから、１．２Ｇ以下であることが好ましい。－１６Ｇから＋１６Ｇが計測可能な加速度の範囲である場合には、３．２Ｇ以下であることが好ましい。
図２３は、分解能が計測可能な加速度の範囲の５分の１である３軸加速度センサを用いて、Per-tooth法により計算された３軸それぞれの相対信号強度係数Ｐrelを示すグラフである。図２３に示すように、分解能が計測可能な加速度の範囲の５分の１であっても、３軸それぞれにおいて１４番目の歯に損傷があることが判断された。
計測の精度をさらに向上するためには、加速度センサ４４１の分解能が計測可能な加速度の範囲の１０分の１以下であることが好ましい。この場合には、Per-tooth法を利用することによって、確実に歯車の故障を検出することができる。
加速度センサ４４１の分解能が高ければ高いほど、歯車の故障を的確に検出することができる。しかし、分解能が高いセンサは高額である。したがって、加速度センサ４４１の分解能は、計測可能な加速度の範囲の４０９６分の１（１２ビット分の１）以上であることが好ましい。
図２３は、分解能が計測可能な加速度の範囲の５分の１である３軸加速度センサを用いて、Per-tooth法により計算された３軸それぞれの相対信号強度係数Ｐrelを示すグラフである。図２３に示すように、分解能が計測可能な加速度の範囲の５分の１であっても、３軸それぞれにおいて１４番目の歯に損傷があることが判断された。
計測の精度をさらに向上するためには、加速度センサ４４１の分解能が計測可能な加速度の範囲の１０分の１以下であることが好ましい。この場合には、Per-tooth法を利用することによって、確実に歯車の故障を検出することができる。
加速度センサ４４１の分解能が高ければ高いほど、歯車の故障を的確に検出することができる。しかし、分解能が高いセンサは高額である。したがって、加速度センサ４４１の分解能は、計測可能な加速度の範囲の４０９６分の１（１２ビット分の１）以上であることが好ましい。
【0104】
図２４は、３軸の加速度プロファイルからＦＦＴ（高速フーリエ変換）によって得られた３軸のＦＦＴ結果を示すグラフである。図２４の中央のＹ軸のＦＦＴ結果は、図２２の加速度プロファイルから得られた。これらのＦＦＴ結果は、歯車の歯数が２２、軸の回転数が３０００ｒｐｍ、伝達トルクが１０００Ｎｍの条件で得られた。歯車には中程度の損傷があった。歯車の歯数が２２、軸の回転数が３０００ｒｐｍであったので、噛み合い周波数は１１００Ｈｚであった。
図２４の３軸のＦＦＴ結果とも、正常振動成分と異常振動成分は、噛み合い周波数の整数倍で局所的最大値を有する。特に噛み合い周波数の１倍、３倍では、局所的最大値は高い。但し、軸の回転数および／または伝達トルクによっては、噛み合い周波数の２倍で局所的最大値が高い場合もありうる。
注目すべきなのは、３軸とも、噛み合い周波数の１倍から２倍までの範囲で異常振動成分が正常振動成分を上回っていることである。この特徴は、軸の回転数および／または伝達トルクを変えても同じであった。したがって、加速度センサ４４１の計測可能な周波数帯域（検知帯域）は、歯車の噛み合い周波数の０．９倍以上、２．１倍以下であることが好ましく、歯車の噛み合い周波数の１倍以上、２倍以下であることがさらに好ましい。
以上のように、性能が低い加速度センサ４４１を本実施形態では使用することができる。
図２４の３軸のＦＦＴ結果とも、正常振動成分と異常振動成分は、噛み合い周波数の整数倍で局所的最大値を有する。特に噛み合い周波数の１倍、３倍では、局所的最大値は高い。但し、軸の回転数および／または伝達トルクによっては、噛み合い周波数の２倍で局所的最大値が高い場合もありうる。
注目すべきなのは、３軸とも、噛み合い周波数の１倍から２倍までの範囲で異常振動成分が正常振動成分を上回っていることである。この特徴は、軸の回転数および／または伝達トルクを変えても同じであった。したがって、加速度センサ４４１の計測可能な周波数帯域（検知帯域）は、歯車の噛み合い周波数の０．９倍以上、２．１倍以下であることが好ましく、歯車の噛み合い周波数の１倍以上、２倍以下であることがさらに好ましい。
以上のように、性能が低い加速度センサ４４１を本実施形態では使用することができる。
【0105】
実際に設定する加速度センサ４４１のサンプリング周波数は、理想的には噛み合い周波数の１倍であることが好ましい。但し、上記の検知帯域にあれば、加速度センサ４４１のサンプリング周波数は重要ではない。本実施形態および図１９～図２１を参照して上述した変形例では、計測された加速度の瞬時値と角度の瞬時値が同期しており、また加速度と角度の計測のたびに、計測開始時点が変化させられ、軸の多くの角度位置について加速度と角度を計測することができからである。
【0106】
次に、角度センサ４４３の性能の好ましい範囲を説明する。
角度センサ４４３の各読み取り器の分解能は、図２５に示すように、歯車の角度ピッチの１０分の１以下であることが好ましい。また、角度センサ４４３の各読み取り器の繰り返し精度も歯車の角度ピッチの１０分の１以下であることが好ましい。発明者は、分解能の上限と繰り返し精度の上限を調べるシミュレーションを行った。
図２６はシミュレーションの基準としたＹ軸に関する加速度プロファイルを示すグラフである。この加速度プロファイルは、図２２の加速度プロファイルと同様に、歯車の歯数が２２、軸の回転数が３０００ｒｐｍ、伝達トルクが１０００Ｎｍの条件で得られた。歯車には中程度の損傷があった。図２２の加速度プロファイルは本実施形態で得られたのに対して、図２６の加速度プロファイルは、高分解能で高サンプリング周波数の高額な加速度センサと角度センサで、軸２４ａの１回転（３６０°）の間、連続的に計測された結果から得られた。
シミュレーションでは、図２６に示す実際に計測された高精度の加速度プロファイルに１．８°の一様分布誤差を機械角に与えた。歯数２２個の歯車の角度ピッチが１６．３６°であるから、１．８°は角度ピッチの９．０９分の１である。図２７は、このシミュレーションで得られた加速度プロファイルを示すグラフである。図２６との比較から明らかなように、シミュレーション結果は基準の加速度プロファイルと類似し、このシミュレーション結果からPer-tooth法によって異常振動を検出することができた。
角度センサ４４３の各読み取り器の分解能は、図２５に示すように、歯車の角度ピッチの１０分の１以下であることが好ましい。また、角度センサ４４３の各読み取り器の繰り返し精度も歯車の角度ピッチの１０分の１以下であることが好ましい。発明者は、分解能の上限と繰り返し精度の上限を調べるシミュレーションを行った。
図２６はシミュレーションの基準としたＹ軸に関する加速度プロファイルを示すグラフである。この加速度プロファイルは、図２２の加速度プロファイルと同様に、歯車の歯数が２２、軸の回転数が３０００ｒｐｍ、伝達トルクが１０００Ｎｍの条件で得られた。歯車には中程度の損傷があった。図２２の加速度プロファイルは本実施形態で得られたのに対して、図２６の加速度プロファイルは、高分解能で高サンプリング周波数の高額な加速度センサと角度センサで、軸２４ａの１回転（３６０°）の間、連続的に計測された結果から得られた。
シミュレーションでは、図２６に示す実際に計測された高精度の加速度プロファイルに１．８°の一様分布誤差を機械角に与えた。歯数２２個の歯車の角度ピッチが１６．３６°であるから、１．８°は角度ピッチの９．０９分の１である。図２７は、このシミュレーションで得られた加速度プロファイルを示すグラフである。図２６との比較から明らかなように、シミュレーション結果は基準の加速度プロファイルと類似し、このシミュレーション結果からPer-tooth法によって異常振動を検出することができた。
【0107】
他のシミュレーションでは、図２６に示す実際に計測された高精度の加速度プロファイルに２°の一様分布誤差を機械角に与えた。歯数２２個の歯車の角度ピッチが１６．３６°であるから、２°は角度ピッチの８．１８分の１である。図２８は、このシミュレーションで得られた加速度プロファイルを示すグラフである。図２６との比較から明らかなように、シミュレーション結果は基準の加速度プロファイルより劣化し、このシミュレーション結果からPer-tooth法によって異常振動を検出することができなかった。
したがって、角度センサ４４３の各読み取り器の分解能と繰り返し精度は、歯車の角度ピッチの９．０９分の１以下であることが好ましく、計測の精度をさらに向上するためには１０分の１以下であることがさらに好ましい。
したがって、角度センサ４４３の各読み取り器の分解能と繰り返し精度は、歯車の角度ピッチの９．０９分の１以下であることが好ましく、計測の精度をさらに向上するためには１０分の１以下であることがさらに好ましい。
【0108】
分解能が高ければ高いほど、歯車の故障を的確に検出することができる。しかし、分解能が高いセンサは高額である。したがって、角度センサ４４３の各読み取り器の分解能は、歯車の角度ピッチの６５５３６分の１（１６ビット分の１）以上であることが好ましい。
また、繰り返し精度が高ければ高いほど、歯車の故障を的確に検出することができる。しかし、繰り返し精度が高いセンサは高額である。したがって、角度センサ４４３の各読み取り器の繰り返し精度は、歯車の角度ピッチの２５６分の１（８ビット分の１）以上であることが好ましい。
以上のように、性能が低い角度センサ４４３を本実施形態では使用することができる。
また、繰り返し精度が高ければ高いほど、歯車の故障を的確に検出することができる。しかし、繰り返し精度が高いセンサは高額である。したがって、角度センサ４４３の各読み取り器の繰り返し精度は、歯車の角度ピッチの２５６分の１（８ビット分の１）以上であることが好ましい。
以上のように、性能が低い角度センサ４４３を本実施形態では使用することができる。
【0109】
図２９は、実施形態のさらに他の変形例に係る歯車故障検出システム３０のうち歯車故障判断に特に関連する要素を示す。この変形例では、角度センサ４４３が設けられておらず、Ｚ相検出器４４４をタコメータとして用い、Ｚ相検出器４４４が出力するＺ相検出パルスに基づいて仮想的な角度プロファイルを生成する。
加速度センサ４４１は、加速度の瞬時値を計測するたびに、加速度の瞬時値をＦＰＧＡ４５６Ａに送り、ＦＰＧＡ（加速度タイムスタンプ生成部）４５６Ａは、加速度センサ４４１から加速度の瞬時値を受け取ると、加速度センサ４４１が加速度の瞬時値を計測した時刻を示す加速度タイムスタンプを生成する。そして、ＦＰＧＡ４５６Ａは、加速度タイムスタンプを加速度の瞬時値に関連付けて、記憶部２３０に記憶させる。Ｚ相検出器４４４は、Ｚ相用磁石１６２を検出してＺ相検出パルスを生成するたびに（軸２４ａが１回転するたびに）、Ｚ相検出パルスをＦＰＧＡ４５６Ａに送り、ＦＰＧＡ４５６Ａは、Ｚ相検出パルスを受け取ると、Ｚ相検出器４４４がＺ相検出パルスを生成した時刻を示すＺ相タイムスタンプを生成する。そして、ＦＰＧＡ４５６Ａは、Ｚ相タイムスタンプを記憶部２３０に記憶させる。
加速度センサ４４１は、加速度の瞬時値を計測するたびに、加速度の瞬時値をＦＰＧＡ４５６Ａに送り、ＦＰＧＡ（加速度タイムスタンプ生成部）４５６Ａは、加速度センサ４４１から加速度の瞬時値を受け取ると、加速度センサ４４１が加速度の瞬時値を計測した時刻を示す加速度タイムスタンプを生成する。そして、ＦＰＧＡ４５６Ａは、加速度タイムスタンプを加速度の瞬時値に関連付けて、記憶部２３０に記憶させる。Ｚ相検出器４４４は、Ｚ相用磁石１６２を検出してＺ相検出パルスを生成するたびに（軸２４ａが１回転するたびに）、Ｚ相検出パルスをＦＰＧＡ４５６Ａに送り、ＦＰＧＡ４５６Ａは、Ｚ相検出パルスを受け取ると、Ｚ相検出器４４４がＺ相検出パルスを生成した時刻を示すＺ相タイムスタンプを生成する。そして、ＦＰＧＡ４５６Ａは、Ｚ相タイムスタンプを記憶部２３０に記憶させる。
【0110】
記憶部２３０に格納された加速度タイムスタンプに関連付けられた加速度センサ４４１が計測した瞬時値と、Ｚ相タイムスタンプは、無線モジュール４５３からＢＬＥ無線送信され、歯車故障判断装置１０の通信部１５で受信される。ＢＬＥ無線送信は周期的に繰り返されるので、歯車故障判断装置１０の通信部１５は、加速度の瞬時値とＺ相タイムスタンプを周期的に受信する。
歯車故障判断装置１０の制御部１２は、記憶部１３に加速度タイムスタンプに関連付けられた加速度センサ４４１が計測した瞬時値と、Ｚ相タイムスタンプを蓄積する。つまり、記憶部１３は、加速度センサ４４１によって計測された加速度の瞬時値と加速度タイムスタンプを関連付けて記憶し、さらにＺ相タイムスタンプを記憶する。蓄積は、軸２４ａが複数回、回転する間、周期的に行われる。
歯車故障判断装置１０の制御部１２は、記憶部１３に加速度タイムスタンプに関連付けられた加速度センサ４４１が計測した瞬時値と、Ｚ相タイムスタンプを蓄積する。つまり、記憶部１３は、加速度センサ４４１によって計測された加速度の瞬時値と加速度タイムスタンプを関連付けて記憶し、さらにＺ相タイムスタンプを記憶する。蓄積は、軸２４ａが複数回、回転する間、周期的に行われる。
【0111】
この変形例では、角度センサで計測された角度の瞬時値がなくても、加速度に関するタイムスタンプとＺ相タイムスタンプに基づいて、同期した加速度プロファイルと角度プロファイルを生成することができる。
歯車故障判断装置１０の制御部（角度推定部）１２は、Ｚ相タイムスタンプの時間間隔（つまりＺ相検出パルスの間隔）から軸２４ａの角度の瞬時値を推定する。具体的には、図３０に示すように、制御部１２は、Ｚ相タイムスタンプで識別される瞬間を機械角のある周期の終わりの電気角３６０°、および次の周期の始まりの電気角０°と推定する。点Ａは、こうしてＺ相タイムスタンプを当てはめた角度の瞬時値を示す。さらに、制御部１２は、加速度センサ４４１によって加速度の瞬時値が計測された瞬間（加速度タイムスタンプで識別される瞬間）の角度の瞬時値を、Ｚ相タイムスタンプで識別される瞬間の角度の２つの瞬時値から補間して計算する。軸２４ａが等速回転する場合、軸２４ａの角度変化は時間に対して線形であるから、補間は線形補間であってよい。図３０において、点Ｂは補間で得られた角度の瞬時値を示す。
制御部１２は、点Ａに対応する角度の瞬時値に対応するＺ相タイムスタンプから、推定されたすべての角度の瞬時値に対応する角度タイムスタンプを生成する。点Ａに対応する角度の瞬時値に対応する角度タイムスタンプは、Ｚ相タイムスタンプそのものでよい。制御部１２は、点Ａに対応する角度の２つの瞬時値に対応する角度タイムスタンプから、線形補間で得られた角度の瞬時値に対応する角度タイムスタンプを生成し、角度の瞬時値に角度タイムスタンプを関連付けて、記憶部１３に記憶する。
歯車故障判断装置１０の制御部（角度推定部）１２は、Ｚ相タイムスタンプの時間間隔（つまりＺ相検出パルスの間隔）から軸２４ａの角度の瞬時値を推定する。具体的には、図３０に示すように、制御部１２は、Ｚ相タイムスタンプで識別される瞬間を機械角のある周期の終わりの電気角３６０°、および次の周期の始まりの電気角０°と推定する。点Ａは、こうしてＺ相タイムスタンプを当てはめた角度の瞬時値を示す。さらに、制御部１２は、加速度センサ４４１によって加速度の瞬時値が計測された瞬間（加速度タイムスタンプで識別される瞬間）の角度の瞬時値を、Ｚ相タイムスタンプで識別される瞬間の角度の２つの瞬時値から補間して計算する。軸２４ａが等速回転する場合、軸２４ａの角度変化は時間に対して線形であるから、補間は線形補間であってよい。図３０において、点Ｂは補間で得られた角度の瞬時値を示す。
制御部１２は、点Ａに対応する角度の瞬時値に対応するＺ相タイムスタンプから、推定されたすべての角度の瞬時値に対応する角度タイムスタンプを生成する。点Ａに対応する角度の瞬時値に対応する角度タイムスタンプは、Ｚ相タイムスタンプそのものでよい。制御部１２は、点Ａに対応する角度の２つの瞬時値に対応する角度タイムスタンプから、線形補間で得られた角度の瞬時値に対応する角度タイムスタンプを生成し、角度の瞬時値に角度タイムスタンプを関連付けて、記憶部１３に記憶する。
【0112】
制御部（加速度プロファイル生成部）１２は、記憶部１３に蓄積された加速度の複数の瞬時値と加速度タイムスタンプを読み出して、加速度タイムスタンプを利用して、軸２４ａが複数回、回転する間に加速度センサ４４１に計測された加速度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた加速度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、軸２４ａの１回転あたりの加速度の変化を表す加速度プロファイルを生成する。
また、制御部（角度プロファイル生成部）１２は、記憶部１３に蓄積された角度の複数の瞬時値と角度タイムスタンプを読み出して、角度タイムスタンプを利用して、軸２４ａが複数回、回転する間に角度センサ４４３に計測された角度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた角度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、軸２４ａの１回転あたりの計測角度値の変化を表す角度プロファイルを生成する。
また、制御部（角度プロファイル生成部）１２は、記憶部１３に蓄積された角度の複数の瞬時値と角度タイムスタンプを読み出して、角度タイムスタンプを利用して、軸２４ａが複数回、回転する間に角度センサ４４３に計測された角度の複数の瞬時値を並べ替えて、並べ替えられた角度の瞬時値を繋ぎ合わせることにより、軸２４ａの１回転あたりの計測角度値の変化を表す角度プロファイルを生成する。
【0113】
軸２４ａが等速回転する場合、生成された角度プロファイルは、加速度プロファイルと同期している。
上記の加速度センサの性能の好ましい範囲は、この変形例にも当てはまる。
上記の加速度センサの性能の好ましい範囲は、この変形例にも当てはまる。
【0114】
他の変形例
以上、本発明の好ましい実施形態を参照しながら本発明を図示して説明したが、当業者にとって特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、形式および詳細の変更が可能であることが理解されるであろう。このような変更、改変および修正は本発明の範囲に包含されるはずである。
以上、本発明の好ましい実施形態を参照しながら本発明を図示して説明したが、当業者にとって特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、形式および詳細の変更が可能であることが理解されるであろう。このような変更、改変および修正は本発明の範囲に包含されるはずである。
【0115】
例えば、歯車故障判断装置１０はパーソナルコンピュータであるが、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に送信するが、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１６で示した処理をマイコン４５１で行ってもよい。図１６の処理は、計算処理が少ないので、消費電力は小さい。したがって、第１軸受２５が自己発電する電力が十分大きければ、マイコン４５１が図１６の処理を行ってもよい。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および加速度データが、（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。
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に送信するが、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１６で示した処理をマイコン４５１で行ってもよい。図１６の処理は、計算処理が少ないので、消費電力は小さい。したがって、第１軸受２５が自己発電する電力が十分大きければ、マイコン４５１が図１６の処理を行ってもよい。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および加速度データが、（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。
【0116】
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。
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。
【符号の説明】
【0117】
１０ 歯車故障判断装置
１２ 制御部（加速度プロファイル生成部、角度プロファイル生成部、故障判断部、マップ生成部、第１算出部、第２算出部、第３算出部、角度推定部）
１３ 記憶部
２０ 歯車変速機構
２４ａ 第１軸
２５ 第１軸受
３０ 歯車故障検出システム
１００ 計測装置
１５０ 蓄電池（キャパシタ）
１４２ 角度センサ基板
１４９ 発電部
２５０ 軸受部
２６３ 電源管理ＩＣ（蓄電池制御部、充電完了検知部）
４４１ 加速度センサ
４４３ 角度センサ
４４４ Ｚ相検出器（パルス生成部）
４５５ ＣＰＵ（計測開始時点変化部）
４５６Ａ ＦＰＧＡ（加速度タイムスタンプ生成部、角度タイムスタンプ生成部）
１２ 制御部（加速度プロファイル生成部、角度プロファイル生成部、故障判断部、マップ生成部、第１算出部、第２算出部、第３算出部、角度推定部）
１３ 記憶部
２０ 歯車変速機構
２４ａ 第１軸
２５ 第１軸受
３０ 歯車故障検出システム
１００ 計測装置
１５０ 蓄電池（キャパシタ）
１４２ 角度センサ基板
１４９ 発電部
２５０ 軸受部
２６３ 電源管理ＩＣ（蓄電池制御部、充電完了検知部）
４４１ 加速度センサ
４４３ 角度センサ
４４４ Ｚ相検出器（パルス生成部）
４５５ ＣＰＵ（計測開始時点変化部）
４５６Ａ ＦＰＧＡ（加速度タイムスタンプ生成部、角度タイムスタンプ生成部）
【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】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】