特開 2024-37401 電源装置、および軸受装置

(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】P2024037401

(43)【公開日】2024-03-19

(54)【発明の名称】電源装置、および軸受装置

(51)【国際特許分類】

   F16C 41/00 20060101AFI20240312BHJP

   F16C 33/76 20060101ALI20240312BHJP

   F16C 19/06 20060101ALI20240312BHJP

   H02K 11/225 20160101ALI20240312BHJP

   H02K 11/35 20160101ALI20240312BHJP

   H02P 9/04 20060101ALI20240312BHJP

   H02M 7/10 20060101ALI20240312BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20240312BHJP

【ＦＩ】

F16C41/00

F16C33/76 Z

F16C19/06

H02K11/225

H02K11/35

H02P9/04 Z

H02M7/10 A

H02M3/155 U

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022142245

(22)【出願日】2022-09-07

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中島 明生

【テーマコード（参考）】

3J216

3J217

3J701

5H006

5H590

5H611

5H730

【Ｆターム（参考）】

3J216AA02

3J216AA12

3J216AB23

3J216BA30

3J216CA01

3J216CA04

3J216CB03

3J216CB12

3J216CC03

3J216CC14

3J216CC33

3J216EA03

3J216EA05

3J217JA02

3J217JA11

3J217JA24

3J217JA34

3J217JA36

3J217JA37

3J217JA38

3J217JA39

3J217JA43

3J217JA47

3J217JB04

3J217JB26

3J217JB34

3J217JB56

3J217JB68

3J217JB86

3J701AA02

3J701AA32

3J701AA42

3J701AA52

3J701AA62

3J701BA80

3J701FA26

3J701GA31

5H006CA07

5H006CB04

5H006CC02

5H006DA04

5H006FA01

5H006HA05

5H590CC02

5H590CD03

5H590CD10

5H590EB02

5H590GA02

5H590HA02

5H611AA01

5H611BB02

5H611BB07

5H611PP07

5H611QQ01

5H611RR01

5H611TT01

5H611UA04

5H611UB01

5H730AS01

5H730AS04

5H730AS05

5H730BB15

5H730BB86

5H730XX03

5H730XX12

5H730XX23

5H730XX32

5H730ZZ01

(57)【要約】

【課題】規定された電圧範囲での電圧を電子回路に供給する電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置１７は、第１回路６１と、コンバータ５３とを備える。第１回路６１は、交流電圧を第１直流電圧に変換して出力する。コンバータ５３は、第１直流電圧を第１電圧範囲に調整した第２直流電圧を電子回路５４に出力する。コンバータ５３の入力電圧は、第２電圧範囲に定められている。第１回路６１は、交流電圧を第２電圧範囲に調整した第１直流電圧に変換する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子回路を駆動する電源装置において、
前記電子回路の入力電圧は、第１電圧範囲に定められており、
前記電源装置は、
発電機からの交流電圧を第１直流電圧に変換して出力する第１回路と、
前記第１直流電圧を前記第１電圧範囲に調整した第２直流電圧を前記電子回路に出力する第２回路とを備え、
前記第２回路の入力電圧は、第２電圧範囲に定められており、
前記第１回路は、前記交流電圧を前記第２電圧範囲に調整した前記第１直流電圧に変換する、電源装置。

【請求項2】

前記第１回路は、制限回路を含み、
前記制限回路は、該制限回路に入力された直流電圧を前記第２電圧範囲の前記第１直流電圧に調整する、請求項１に記載の電源装置。

【請求項3】

前記第１回路は、前記交流電圧を昇圧された直流電圧に変換して出力する倍電圧整流回路を含む、請求項２に記載の電源装置。

【請求項4】

前記第１回路は、前記倍電圧整流回路から出力された直流電圧を降圧して前記制限回路に出力する降圧回路を有し、
前記降圧回路は、前記倍電圧整流回路から出力された直流電圧が大きいほど大きく降圧する、請求項３に記載の電源装置。

【請求項5】

前記第２電圧範囲は、１５Ｖ以上２０Ｖ以下である、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の電源装置。

【請求項6】

請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の電源装置と、
回転部材と、
前記回転部材の回転に応じて交流電圧を生成する前記発電機とを備える、軸受装置。

【請求項7】

前記軸受装置は、
軸受と、
該軸受の状態を監視するセンサと、
前記センサの検出値を外部装置に無線送信する通信回路とを備え、
前記電子回路は、前記センサと前記通信回路とを含む、請求項６に記載の軸受装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電源装置、および軸受装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０２１－１２７８３１号公報（特許文献１）には、軸受と、回転部材と、該回転部材の回転に応じて電力を生成する発電機とを備える軸受装置が開示されている。この軸受装置は、さらに、軸受の状態を監視するセンサと、ワイヤレス通信回路とを備える。ワイヤレス通信回路は、センサの出力をワイヤレスで外部装置に送信する。発電機により生成された電力は、センサおよびワイヤレス回路の駆動に用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１２７８３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のセンサおよびワイヤレス回路などの電子回路では、該電子回路が駆動するために必要な電圧範囲が規定されている。また、発電機による交流電圧の実効値は、回転軸の回転速度などに応じて変動する。上述の軸受装置では、規定された電圧範囲での電圧を電子回路に供給できないという問題が生じ得る。

【0005】

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、規定された電圧範囲での電圧を電子回路に供給する電源装置および軸受装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の電源装置は、軸受装置に搭載され、電子回路を駆動する。軸受装置は、回転部材と、回転部材の回転に応じて交流電圧を生成する発電機とを備える。電子回路の入力電圧は、第１電圧範囲に定められている。電源装置は、第１回路と、第２回路とを備える。第１回路は、交流電圧を第１直流電圧に変換して出力する。第２回路は、第１直流電圧を第１電圧範囲に調整した第２直流電圧を電子回路に出力する。第２回路の入力電圧は、第２電圧範囲に定められている。第１回路は、交流電圧を第２電圧範囲に調整した第１直流電圧に変換する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、規定された電圧範囲での電圧を電子回路に供給する電源装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１の軸受装置全体の斜視図である。

【図2】軸受の断面図である。

【図3】保持器を説明するための図である。

【図4】軸受装置をセンサユニット側から見た図である。

【図5】電源装置の構成例を説明するための図である。

【図6】倍電圧整流回路の構成例を示す図である。

【図7】制限回路の構成例を示す図である。

【図8】コンバータの構成例を示す図である。

【図9】実施の形態２の電源装置の構成例を示す図である。

【図10】発電機と負荷との等価回路を示す図である。

【図11】回転部材の回転速度と、発電電圧との関係を示す図である。

【図12】降圧回路の構成例を示す図である。

【図13】他の降圧回路の構成例を示す図である。

【図14】他の降圧回路の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本開示の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されている。また、本実施の形態では、電圧範囲等の表現において用いられる「Ａ～Ｂ」は、「Ａ以上Ｂ以下である」、「Ａよりも大きくＢ以下である」、「Ａ以上Ｂ未満である」、「Ａよりも大きくＢ未満である」のいずれかを示す。

【0010】

＜実施の形態１＞
［軸受装置の構成］
図１は、実施の形態１の軸受装置１全体の斜視図である。この軸受装置１は、如何なる装置に搭載されてもよく、たとえば、工作機械に搭載される。軸受装置１は、軸受２と、センサユニット６と、磁気リング７とを備える。軸受２は、外輪３と、内輪４とを含む。軸受２は、例えば、外輪３が静止輪となり、内輪４が回転輪となる。軸受２は、深溝玉軸受を一例として説明するが、軸受２の種類は深溝玉軸受に限定されない。

【0011】

ここで、軸受２は、軸受の主要寸法（内径、外径、幅など）が特定の規格に記載の標準軸受である。標準軸受とは、例えば、ＩＳＯ規格・ＪＩＳ規格に記載がある寸法の軸受である。軸受２は、ラジアル軸受であり、軸受２の主要寸法は、ＩＳＯ１５またはＪＩＳＢ１５１２－１に規定される寸法である。

【0012】

センサユニット６は、ステータ５と、蓋１４とを含む。蓋１４は、非金属の樹脂製部材であり、センサユニット６の内部を保護する。磁気リング７は、Ｎ極とＳ極とを周方向に交互に着磁した磁性体部材である。ステータ５は、外輪３に固定され、磁気リング７は、内輪４に固定される。ステータ５と磁気リング７とによって交流発電機（以下、単に、「発電機Ｇ」とも称される。）が構成される。発電機Ｇは、クローポール型の発電機であるが、他の構造の発電機であってもよい。図１の一点鎖線は、軸受２の回転軸Ｏである。

【0013】

図２は、軸受２の回転軸Ｏを含む平面における断面図である。軸受２は、外輪３と、内輪４と、転動体８と、保持器９と、シール１０とを含む。軸受２は、軸受２の端面１１と転動体８との距離Ｗがセンサユニット６および磁気リング７を収納可能な標準軸受の型番のサイズから選択すればよい。端面１１は、外輪３の端面でもある。

【0014】

外輪３の一方端の内周面には、外輪３の端部の凹部としての段付きの第１の切欠き部３ａが形成される。内輪４の一方端の外周面には、第１の切欠き部３ａと対向するように内輪４の端部の凹部としての段付きの第２の切欠き部４ａが形成される。軸受２の軸方向（アキシャル方向とも称する）において、外輪３から内輪４に亘り、第１の切欠き部３ａおよび第２の切欠き部４ａにより転動体８へ向けて切欠いた環状の凹部５０による環状空間が形成される。

【0015】

センサユニット６は、保持部材１２と、回路基板１３と、ステータ５と、蓋１４とを含む。保持部材１２は、軸受２の径方向（ラジアル方向とも称する）に第１の領域１２ｂと第２の領域１２ｃとに保持部材１２を隔てる隔壁１２ａを有する磁性体材料である。第１の領域１２ｂの内底面１２ｄには回路基板１３が固定され、第２の領域１２ｃにはステータ５が配置される。蓋１４は、内底面１２ｄに固定される回路基板１３を保護する。蓋１４の代わりに樹脂封止材を用いて回路基板１３を封止してもよい。

【0016】

保持部材１２の第１の領域１２ｂ側の外径面は、外輪３に形成された第１の切欠き部３ａに嵌合して固定される。保持部材１２は、外輪３の端面１１からはみ出さないように、圧入または接着される。なお、保持部材１２は、圧入と接着とを併用して固定されてもよいし、これら以外の方法で固定されてもよい。保持部材１２を第１の切欠き部３ａに固定した際、転動体８と保持部材１２との間には一定の隙間が確保される。これにより、転動体８と保持部材１２とは、アキシャル方向の変位が生じた場合も隙間により転動体８と保持部材１２とが接触しないようにすることができる。

【0017】

ステータ５は、２つの磁性体部材２１，２２と、ボビン２３と、コイル２４とを含む。第２の領域１２ｃを含む保持部材１２の部分が、ステータ５の磁性体部材２１として用いられる。

【0018】

磁気リング７は、芯金７ａと、多極磁石７ｂとを含む。多極磁石７ｂは、例えば、磁性粉とゴムとを混錬した磁性体材料を芯金７ａに加硫接着してから、Ｎ極とＳ極とを軸受２の周方向に交互に着磁したものである。磁気リング７の芯金７ａは、剛性を高めるためにフランジ部７ｃを有している。磁気リング７は、内輪４の外径面４ｂに圧入等により固定される。フランジ部７ｃは、内輪４に形成される第２の切欠き部４ａに収まる。磁気リング７は、内輪４の端面２０からはみ出さないように配置される。

【0019】

環状の凹部５０の内部には、磁気リング７、ステータ５、および回路基板１３が軸受２の軸方向に互いに重ならないように配置される。これにより、環状の凹部５０の内部に各部品を配置できるため軸受２の寸法を抑えることができる。さらに、軸受装置１は、例えば、磁気リング７が内輪４に固定され、対向する位置の外輪３にステータ５が固定される。発電機Ｇは、回転部材（本実施の形態においては、内輪４）の回転の回転速度に応じて、交流電力を生成する。たとえば、回転部材の回転速度が大きいほど、交流電力の実効値は大きくなる。また、内輪４および外輪３は、軸受２の軸方向への変動が保持器９と比較し小さいため、発電機Ｇによって安定した発電量を確保し、軸受装置の寸法を抑えつつも正常に機能することができる。

【0020】

図３は、保持器９を説明するための図である。保持器９には、環状の保持器本体の軸方向の端面９１の周方向に沿って所定ピッチで凹部９３が形成される。凹部９３の周方向に対向する開口端から突出するように一対の爪部９４，９４が形成される。凹部９３と一対の爪部９４，９４とによって図２に示す転動体８が収納されるポケット９５が形成される。このように、保持器９の形状は、一方の端面９１側が開放され、他方の端面９２が連結された形状である。保持器９は、樹脂製部材であり、開放側にセンサユニット６と磁気リング７とが端面１１および端面２０からはみ出さないように配置される。

【0021】

図４は、軸受装置１をセンサユニット６側から見た図である。図４では、センサユニット６の内部が分かるように蓋１４の一部を省略して図示している。回路基板１３には、軸受２の状態を監視する１つ以上のセンサなどが実装されている。例えば、回路基板１３には、加速度センサ１５および温度センサ１６などが実装される。なお、温度センサ１６は、保持部材１２の内底面１２ｄに設けた図示しない孔から挿入され、外輪３の第１の切欠き部３ａの端面に近接（または接触）させるように、回路基板１３の裏面に実装してもよい。これにより、温度センサ１６が外輪３に近づき、軸受２の温度を正確に測定することができる。

【0022】

また、回路基板１３には、さらに、電源装置１７と、ワイヤレス通信回路１８とが実装されている。

【0023】

電源装置１７は、発電機Ｇで生成される交流電力を整流して直流電力に変換する。電子回路５４（加速度センサ１５、温度センサ１６、およびワイヤレス通信回路１８）では、電源装置１７によって変換された直流電力が使用される。回路基板１３には、端子２５が配置されている。

【0024】

ワイヤレス通信回路１８は、アンテナ部１８ａを含む。ワイヤレス通信回路１８は、軸受２の状態を監視する加速度センサ１５および温度センサ１６の出力をアンテナ部１８ａを用いて無線で外部に送信する。回路基板１３は、複数のねじ１９により保持部材１２に固定されている。なお、回路基板１３は、保持部材１２に対し接着固定されてもよい。ワイヤレス通信回路１８を実装した回路基板１３は、樹脂製の蓋１４と対向して配置される。これにより、ワイヤレス通信回路１８は、金属などの導電性材料で密閉されない構造となる。このため、ワイヤレス通信回路１８内のアンテナ部１８ａを用いて無線通信が可能となる。以上のように、本実施の形態においては、電源装置１７は、軸受装置１の内部に搭載される。また、電源装置１７は、軸受装置１の外部に搭載されるようにしてもよい。

【0025】

［電源装置の構成］
図５は、電源装置１７の構成例を説明するための図である。上述のように、回路基板１３には、電源装置１７と、電子回路５４とが実装される。また、電子回路５４には、加速度センサ１５、温度センサ１６、およびワイヤレス通信回路１８が実装される。つまり、電子回路５４は、加速度センサ１５、および温度センサ１６で軸受２の状態を監視し、これらのセンサの検出値をワイヤレス通信回路１８で外部に送信する。また、電子回路５４が駆動するために必要な電圧範囲（第１電圧範囲）が規定されている。本実施の形態においては、第１電圧範囲は、３．３Ｖ以上５Ｖ以下である。

【0026】

電源装置１７は、第１回路６１と、昇降圧ＤＣ（Direct Current）ＤＣコンバータとを有する。昇降圧ＤＣＤＣコンバータは、単に、「コンバータ５３」とも称される。コンバータ５３は、本開示の「第２回路」に対応する。コンバータ５３の入力電圧には、耐圧に基づく電圧範囲が規定されている。該電圧範囲は、本開示の「第２電圧範囲」に対応する。第２電圧範囲は、本実施形態においては、１５Ｖ以上２０Ｖ以下である。また、第２電圧範囲は、下限値と上限値とより構成され、該上限値は、「耐圧」とも称される。

【0027】

第１回路６１は、発電機Ｇからの交流電圧を直流電圧に変換して、該直流電圧をコンバータ５３に出力する。また、第１回路６１は、倍電圧整流回路５１と、制限回路５２とを含む。

【0028】

倍電圧整流回路５１は、交流電圧を昇圧された直流電圧に変換して、該直流電圧を出力する。該出力された直流電圧は、制限回路５２に供給される。具体的には、倍電圧整流回路５１は、交流電圧の実効値をＮ（Ｎは２以上の整数）倍に昇圧しかつ整流して制限回路５２に供給する。本実施の形態においては、Ｎは２であるとする。なお、倍電圧整流回路５１は、交流電圧の実効値を昇圧できる回路であれば他の回路としてもよい。

【0029】

次に、制限回路５２は、倍電圧整流回路５１からの直流電圧の電圧値を低下させることにより、該倍電圧整流回路５１からの直流電圧を第２電圧範囲の直流電圧に調整して出力する。第２電圧範囲の直流電圧は、本開示の「第１直流電圧」に対応する。

【0030】

コンバータ５３は、第１直流電圧（制限回路５２からの直流電圧）を第１電圧範囲に調整する。そして、コンバータ５３は、該調整された直流電圧（第２直流電圧）を電子回路５４に出力する。電子回路５４は、該直流電圧により駆動する。

【0031】

上述のように、電子回路５４が駆動するために必要な電圧範囲（第１電圧範囲）が規定されている。第１電圧範囲は、３．３Ｖ以上５Ｖ以下である。そのため、コンバータ５３の出力電圧は第１電圧範囲である３．３Ｖ以上５Ｖ以下が適している。

【0032】

また、上述のように、発電機Ｇが生成する交流電圧の実効値は、回転部材の回転速度に応じて異なる。たとえば、交流電圧の実効値は、回転部材の回転速度が遅い場合には、２Ｖ以下となり、回転部材の回転速度が速い場合には、５０Ｖ以上になることがある。コンバータ５３では、ある程度、昇圧できるが、交流電圧の実効値が過度に小さい場合には、コンバータ５３からの電圧が、第１電圧範囲に到達しない場合がある。そこで、コンバータ５３の他に、倍電圧整流回路が交流電圧を昇圧させる。したがって、たとえば、発電機Ｇからの交流電圧の実効値が過度に小さい場合であっても、コンバータ５３からの電圧を、第１電圧範囲に到達させることができる。

【0033】

また、電源装置１７が、制限回路５２を有しておらずコンバータ５３を有している構成（第１比較例の構成）が考えられる。この第１比較例の構成においては、発電機Ｇからの交流電圧の実効値が過度に大きくなる場合を想定する必要がある。この想定において、第１比較例の構成では、コンバータ５３の第２電圧範囲の上限値を、発電機Ｇの交流電圧の実効値の最大値以上とする必要がある。したがって、第１比較例の構成では、コンバータ５３のコストが増大してしまう。よって、電源装置１７が、制限回路５２を有することにより、第１比較例の構成と比較して、安価なコンバータ５３を用いることができる。

【0034】

また、電源装置１７が、制限回路５２を有しておりコンバータ５３を有していない構成（第２比較例の構成）が考えられる。この第２比較例の構成においては、制限回路５２の入力電圧が過度に大きい場合には、制限回路５２の出力電圧を電子回路５４の第１電圧範囲の上限値以下とするために、制限回路５２のみで入出力電位差の電圧を消費させる必要がある。たとえば、制限回路５２の入力電圧が、５０Ｖであり、第１電圧範囲の上限値が５Ｖである場合には、入出力電位差の電圧４５Ｖを消費させる必要がある。したがって、第２比較例の構成では、入出力電位差の電圧消費で発生する熱を放出する放熱部材を備える必要があり、コスト増となる。

【0035】

また、一般的に、放熱部材が必要な素子（つまり、制限回路５２）の発熱は消費電力に比例する。また、制限回路５２の入力電流と、制限回路５２の出力電流とはほぼ等しい。このため、消費電力は上記入出力電位差と入力電流とを乗算した値となる。したがって、制限回路５２への入力電圧が大きくなれば制限回路５２での消費電力も大きくなる。

【0036】

また、コンバータ５３の消費電力はコンバータ５３の効率による。ここでは、コンバータ５３の効率が１００％である場合を考える。この場合には、コンバータ５３の消費電力は発生しない。したがって、この場合には、コンバータ５３において、入力電流×入力電圧＝出力電流×出力電圧となる。出力電流×出力電圧が一定値であると考えると、コンバータ５３への入力電圧が大きくなれば、コンバータ５３への入力電流は小さくなる。

【0037】

ここで、制限回路５２の出力電圧が大きい場合を説明する。この場合とは、たとえば、制限回路５２の出力電圧がコンバータ５３の第２電圧範囲の上限値（耐圧）近傍かつ該上限値未満の値である場合である。この場合において、コンバータ５３に入力される電力（コンバータ５３の入力電流とコンバータ５３の入力電圧との積）が一定であると考える。制限回路５２の出力電圧が大きい場合、つまり、コンバータ５３の入力電圧が大きい場合には、コンバータ５３の入力電流は小さくなる。コンバータ５３の入力電流が小さいということは、制限回路５２の出力電流が小さいということである。上述のように、制限回路５２の入力電流と、制限回路５２の出力電流とはほぼ等しい。したがって、制限回路５２の入力電流は小さくなる。また、制限回路５２の入出力電位差が小さくなれば、消費電力は電流の２乗値に応じて小さくなる。よって、制限回路５２での消費電力を大きく低減できる。このように、制限回路５２の出力電圧をコンバータ５３の第２電圧範囲の上限値（上限値近傍）とすることにより、制限回路５２の消費電力を低減できる。

【0038】

次に、具体的な数値を用いて電源装置１７の処理を説明する。本実施の形態においては、発電機Ｇにより生成される交流電圧（振幅)が２Ｖ～３０Ｖであるとする。この場合には、倍電圧整流回路５１に含まれる部材（たとえば、後述の２つのダイオード）での損失を０．５Ｖ×２とすれば、倍電圧整流回路５１の出力電圧は、３Ｖ～５９Ｖとなる。また、制限回路５２の損失電圧を１Ｖとし、制限回路５２で設定されている制限電圧を２０Ｖとする。この場合には、制限回路５２の出力は、２～１９Ｖとなる。したがって、耐圧２０Ｖであるコンバータ５３が使用可能となる。上述のように、コンバータ５３は、出力電圧が３．３Ｖ～５Ｖであり、かつ軸受装置１に組込める小型サイズとされる。一般的に、このようなコンバータ５３の耐圧は１５Ｖ～２０Ｖである。また、制限回路５２の出力電圧は、１５Ｖ～２０Ｖとなる。

【0039】

以上のように、電源装置１７は、第１回路６１と、コンバータ５３とを有する。第１回路６１は、発電機Ｇからの交流電圧を、第１直流電圧に変換してコンバータ５３に出力する。そして、コンバータ５３は、第１電圧範囲に調整した第２直流電圧を電子回路５４に出力する。したがって、電源装置１７は、電子回路５４で規定されている第１電圧範囲に調整された直流電圧（第２直流電圧）を該電子回路５４に供給できる。よって、電源装置１７は、電子回路５４で規定されている電圧範囲での直流電圧を電子回路５４に供給することができる。また、第１回路６１は、コンバータ５３で規定されている電圧範囲（第２電圧範囲）に調整した第１直流電圧を供給する。したがって、第１回路６１は、コンバータ５３で規定されている電圧範囲での直流電圧をコンバータ５３に供給することができる。

【0040】

また、第１回路６１は、制限回路５２を含む。該制限回路５２は、該制限回路５２に入力された直流電圧を第２電圧範囲の第１直流電圧に調整する（降圧する）。そして、制限回路５２は、第１直流電圧を、コンバータ５３に出力する。したがって、発電機Ｇにより生成された交流電圧が過度に大きい場合であっても適切な電圧をコンバータ５３に供給できる。

【0041】

また、第１回路６１は、制限回路５２の前段に倍電圧整流回路５１が配置される。倍電圧整流回路５１は、発電機Ｇにより生成された交流電圧を、昇圧された直流電圧に変換して出力する。したがって、発電機Ｇにより生成された交流電圧が過度に小さい場合であっても適切な電圧をコンバータ５３に供給できる。つまり、電源装置１７が、倍電圧整流回路５１、制限回路５２、およびコンバータ５３を備えることにより、回転部材が高速回転および低速回転のいずれであっても、安定した電圧を電子回路５４に供給できる。さらに、電源装置１７の回路構成が簡単で小型化が可能となり、電源装置１７での発熱量も少なくできるため、軸受装置１の内部といった小さなスペースに回路基板１３を搭載することができる。

【0042】

また、コンバータ５３の第２電圧範囲（制限回路５２の出力）は、１５Ｖ以上２０Ｖ以下とされる。したがって、設計者によるコンバータ５３の選択自由度を向上できるとともに、制限回路５２での発熱量を少なくできる。

【0043】

また、電子回路５４は、軸受２の状態を監視するセンサ（本実施の形態においては、加速度センサ１５と温度センサ１６）と、センサの検出値を外部装置に無線送信するワイヤレス通信回路１８とが実装される。したがって、電源装置１７は、発電機Ｇにより生成された交流電力を適切な電圧範囲の直流電力に変換して、加速度センサ１５、温度センサ１６、およびワイヤレス通信回路１８に供給できる。

【0044】

図６は、倍電圧整流回路５１の一例を示す回路図である。倍電圧整流回路５１は、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２、キャパシタＣ１、および該キャパシタＣ１に直列接続されているキャパシタＣ２を備える。

【0045】

倍電圧整流回路５１の第１入力端子５１１とダイオードＤ１のアノードとが接続されている。ダイオードＤ１のカソードおよびキャパシタＣ１と、倍電圧整流回路５１の出力端子５１３とが接続されている。ダイオードＤ２のアノードとキャパシタＣ２とが接続されている。ダイオードＤ２のカソードと第１入力端子５１１とが接続されている。キャパシタＣ１と、キャパシタＣ２との接続ノードと、倍電圧整流回路５１の第２入力端子５１２とが接続されている。

【0046】

交流電圧が正である場合には、ダイオードＤ１がオンおよびダイオードＤ２がオフとなり、キャパシタＣ１が充電される。また、交流電圧が負である場合には、ダイオードＤ１がオフおよびダイオードＤ２がオンとなり、キャパシタＣ２が充電される。このように、キャパシタＣ１とキャパシタＣ２とが交互に充電されることで、キャパシタＣ１とキャパシタＣ２とに電荷が蓄えられる。キャパシタＣ１とキャパシタＣ２とが直列接続されていることから、倍電圧整流回路５１は、交流電圧のピークピーク値の２倍の直流電圧を出力できる。

【0047】

図７は、制限回路５２の一例を示す回路図である。制限回路５２は、抵抗Ｒ１と、ツェナダイオードＤ３と、トランジスタＱ１と、トランジスタＱ２とを備える。制限回路５２の入力端子５２１は、抵抗Ｒ１の一端、トランジスタＱ１のコレクタ、およびトランジスタＱ２のコレクタに接続されている。また、ツェナダイオードＤ３のアノードは接地されており、ツェナダイオードＤ３のカソードは抵抗Ｒ１の他端およびトランジスタＱ２のベースに接続されている。また、トランジスタＱ２のエミッタは、トランジスタＱ１のベースに接続されている。また、トランジスタＱ１のエミッタは、制限回路５２の出力端子５２２に接続されている。

【0048】

制限回路５２に入力された電圧が、ツェナダイオードＤ３のツェナ電圧以下である場合には、抵抗Ｒ１とツェナダイオードＤ３の接続ノードからの電圧が、トランジスタＱ２のベースに印可される。さらに、トランジスタＱ２のエミッタからトランジスタＱ１のベースに電圧が供給される。これにより、入力された直流電圧が出力される。

【0049】

また、制限回路５２に入力された電圧が、ツェナ電圧よりも大きくなると、ツェナダイオードＤ３のアノードが接地されていることから、トランジスタＱ２のベースに印可される電圧が制限される。よって、トランジスタＱ１のベースに印可される電圧も制限される。これにより、制限回路５２から出力される電圧が制限される。なお、図７では、トランジスタＱ１と、トランジスタＱ２とによりダーリントントランジスタが構成されている例が示された。しかしながら、制限回路５２は、ダーリントンランジスタではない１つのトランジスタを使用した回路、または電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）で構成されてもよい。また、制限回路５２は、専用の電圧制限ＩＣ（Integrated Circuit）としてもよく、ＬＤＯ（Low Dropout）リニアレギュレータでもよい。

【0050】

図８は、コンバータ５３の一例を示す回路図である。図８の例では、コンバータ５３が昇降圧チョッパである構成が示されている。図８の例では、スイッチ素子Ｓ１と、スイッチ素子Ｓ２と、スイッチ素子Ｓ３と、スイッチ素子Ｓ４と、リアクトルＬとを有する。また、コンバータ５３は、特に図示しないが、コンバータ５３の入力電圧を検出するセンサ、コンバータ５３の出力電圧を検出するセンサ、および制御回路を備える。制御回路は、入力電圧および出力電圧に基づいて、スイッチ素子Ｓ１～Ｓ４のオンおよびオフを切替える。

【0051】

図８の例では、スイッチ素子Ｓ１の一端と、コンバータ５３の入力端子５３１とが接続されている。スイッチ素子Ｓ１の他端と、スイッチ素子Ｓ２の一端とが接続されている。スイッチ素子Ｓ２の他端が接地されている。

【0052】

スイッチ素子Ｓ３の一端と、コンバータ５３の出力端子５３２とが接続されている。スイッチ素子Ｓ３の他端と、スイッチ素子Ｓ４の一端とが接続されている。スイッチ素子Ｓ４の他端が接地されている。

【0053】

たとえば、入力電圧が出力電圧よりも大きい場合には、入力電圧を降圧させる降圧モードとなり、制御回路は、スイッチ素子Ｓ３をオンとし、スイッチ素子Ｓ４をオフとする。これとともに、制御回路は、以下の第１状態および第２状態に繰り返し移行させる。第１状態は、スイッチ素子Ｓ１がオンであり、スイッチ素子Ｓ２がオフとなる状態である。第２状態は、スイッチ素子Ｓ１がオフであり、スイッチ素子Ｓ２がオンとなる状態である。

【0054】

また、入力電圧が出力電圧よりも小さい場合には、入力電圧を昇圧させる昇圧モードとなり、制御回路は、スイッチ素子Ｓ１をオンとし、スイッチ素子Ｓ２をオフとする。これとともに、制御回路は、以下の第３状態および第４状態に繰り返し移行させる。第３状態は、スイッチ素子Ｓ３がオンであり、スイッチ素子Ｓ４がオフとなる状態である。第４状態は、スイッチ素子Ｓ３がオフであり、スイッチ素子Ｓ４がオンとなる状態である。これにより、コンバータ５３は、コンバータ５３の入力電圧を第１電圧範囲の直流電圧に調整して、電子回路５４に供給できる。

【0055】

＜実施の形態２＞
図９は、実施の形態２の電源装置１７Ａの構成例が示されている。図９においては、電源装置１７Ａは、第１回路６１の代わりに第１回路６１Ａを備える。第１回路６１Ａは、降圧回路５５を備える。図９においては、倍電圧整流回路５１と、制限回路５２との間に降圧回路５５が配置されている。降圧回路５５は、倍電圧整流回路５１から出力された直流電圧が大きいほど大きくする降圧する。降圧回路５５により降圧された直流電圧は、制限回路５２に出力される。

【0056】

次に、制限回路５２を配置させる理由を説明する。図１０は、発電機Ｇと負荷２６との等価回路である。負荷２６は、たとえば、回路基板１３に対応する。図１０中のＶ２は発電機Ｇの無負荷起電力を示し、回転部材（内輪４）の回転数に比例した電圧が発生する。Ｒ２は巻線抵抗を示し、Ｌ１は巻線のインダクタンスを示す。Ｖｏは負荷２６を接続した場合の発電電圧である。

【0057】

図１１は、回転部材の回転速度と、発電電圧Ｖｏとの関係を示す図である。横軸は、回転部材の回転速度を示し、縦軸は発電電圧Ｖｏを示す。図１１の例では、実線が負荷２６が無負荷である場合を示し、破線が負荷２６が軽負荷である場合を示し、一点鎖線が負荷２６が重負荷である場合を示す。

【0058】

図１１の例では、負荷２６が無負荷である場合には、発電電圧Ｖｏは無負荷起電力Ｖ２となり、実線に示すように、ほぼ回転速度に比例した電圧となる。次に、負荷２６が重負荷である場合を説明する。この場合とは、Ｌ２とＲ２との合成インピーダンスに比べてＲ３のインピーダンスが小さい（負荷としては重い）場合である。この場合には、図１１の一点鎖線で示されるように、回転速度が速くなっても発電電圧Ｖｏは大きくならない。次に、負荷２６が軽負荷である場合を説明する。この場合とは、Ｌ２とＲ２との合成インピーダンスに比べてＲ３のインピーダンスが大きい（負荷としては軽い）場合である。この場合には、図１１の破線で示されるように、回転速度が速くなるにつれて発電電圧Ｖｏも大きくなる。

【0059】

図１１の例では、回転速度が５０００ｒｐｍである場合において、負荷２６が重負荷であるときよりも、負荷２６が軽負荷であるときの方が発電電圧Ｖｏが約２倍となる。設計者が発電機Ｇを設計するにあたり、遅い回転速度で高い発電電圧を実現しようとすると、速い回転速度では過度に大きな電圧が生成されてしまい、回路基板１３の耐圧以上の電圧が回路基板１３に供給されてしまう可能性がある。より特定的には、回転部材の回転速度が最高回転速度である場合でも、制限回路５２に入力される電圧は小さい方がよい。

【0060】

そこで、発明者は、図９に示すように、倍電圧整流回路５１と、制限回路５２との間に降圧回路５５を配置させた。降圧回路５５は、回転部材の回転速度が遅い場合には電圧低下を抑制し、回転部材の回転速度が速い場合には電圧低下を増大させる。

【0061】

図１２は、降圧回路５５の一例を示す回路図である。図１２の例では、降圧回路５５は、抵抗Ｒ４と、ツェナダイオードＤ４とを備える。降圧回路５５の入力端子５５１および出力端子５５２が抵抗Ｒ４の一端に接続されている。また、該抵抗Ｒ４の他端とツェナダイオードＤ４のカソードとが接続されている。また、ツェナダイオードＤ４のアノードが接地されている。

【0062】

図１２の例では、降圧回路５５への入力電圧が多大になり、該入力電圧がツェナダイオードＤ４のツェナ電圧を超えた場合に抵抗Ｒ４に多大な電流が流れ、抵抗Ｒ４とツェナダイオードＤ４で電力が消費される。

【0063】

以上のように、電源装置１７Ａは、降圧回路５５を備える。これにより、電源装置１７Ａは、倍電圧整流回路から出力された直流電圧が小さい場合（回転部材の回転速度が遅い場合）には電圧低下を抑制する。また、電源装置１７Ａは、倍電圧整流回路から出力された直流電圧が大きい場合（回転部材の回転速度が速い場合）には電圧低下を増大させる。したがって、回路基板１３において耐圧の低い部品を使用することができる。また、一般的に、耐圧の低い部品を使用すると、その部品の電圧降下も小さくなる。したがって、電源装置１７Ａは、回転部材の回転速度が遅い場合では電圧が確保でき、より回転速度が遅い場合での電子回路５４の駆動が実現できる。

【0064】

図１３は、他の降圧回路５５Ａの一例を示す回路図である。降圧回路５５Ａは、抵抗Ｒ５と、各々が直列接続された複数個のダイオード（図１３の例では、３個のダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３）とを備える。

【0065】

降圧回路５５Ａの入力端子５５１および出力端子５５２が抵抗Ｒ５の一端に接続されている。また、抵抗Ｒ５の他端が、ダイオードＤ１１のアノードに接続されている。また、ダイオードＤ１３のカソードが接地されている。

【0066】

降圧回路５５Ａにおいては、ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３の順方向電圧の合計値が使用される。たとえば、ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３の順方向電圧が０．６Ｖである場合には、合計値は１．８Ｖとなる。

【0067】

図１３の例では、降圧回路５５Ａへの入力電圧が多大になり、該入力電圧が合計値を越えた場合にのみ、ダイオードの静特性によりダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３に多大な電流が流れる。したがって、この場合に、降圧回路５５Ａは、抵抗Ｒ５とダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３とで電力を消費させることができる。

【0068】

図１４は、他の降圧回路５５Ｂの一例を示す回路図である。降圧回路５５Ｂは、抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８と、トランジスタＱ４とを備える。抵抗Ｒ６の一端と抵抗Ｒ８の一端とは、降圧回路５５Ａの入力端子５５１および出力端子５５２に接続されている。抵抗Ｒ６の他端と、抵抗Ｒ７の一端とが接続されている。抵抗Ｒ７の他端は、接地されている。

【0069】

抵抗Ｒ６と、抵抗Ｒ７との接続ノードは、トランジスタＱ４のベースに接続されており、トランジスタＱ４のエミッタは接地されており、トランジスタＱ４のコレクタは抵抗Ｒ８の他端に接続されている。

【0070】

降圧回路５５Ｂへの入力電圧が多大になった場合には、トランジスタＱ４のベースに電圧Ｖｂがかかる。これにより、トランジスタＱ４がオンになることから、抵抗Ｒ４と、トランジスタＱ４とで電力が消費される。なお、トランジスタＱ４のベースに印可される電圧Ｖｂは、抵抗Ｒ６と、抵抗Ｒ７との比率により定まる。たとえば、Ｖｂが０．６Ｖを越えた場合に、トランジスタＱ４はオンとなる。

【0071】

＜変形例＞
（１） 第１回路６１は、「交流電圧を第２電圧範囲に調整した第１直流電圧に変換する回路」であれば他の回路であってもよい。たとえば、第１回路６１は、倍電圧整流回路５１を有さずに、制限回路５２のみを有する構成としてもよい。また、第１回路６１は、制限回路５２を有さずに、倍電圧整流回路５１のみを有する構成としてもよい。

【0072】

また、上述の例では、コンバータ５３は、昇降圧コンバータである構成を説明したが、コンバータ５３は、昇圧コンバータとしてもよく、降圧コンバータとしてもよい。

【0073】

（２） 上述の実施の形態においては、電源装置１７が、軸受装置１に搭載される構成が説明された。しかしながら、電源装置１７は、発電機Ｇを有する他の装置に搭載されるようにしてもよい。このような構成であっても、発電機Ｇによる交流電圧の実効値が変動する場合には、電源装置１７は、規定された電圧範囲での電圧を電子回路に供給することができる。

【0074】

［付記］
（第１項） 本開示の電源装置は、電子回路を駆動する。電子回路の入力電圧は、第１電圧範囲に定められている。電源装置は、第１回路と、第２回路とを備える。第１回路は、発電機からの交流電圧を第１直流電圧に変換して出力する。第２回路は、第１直流電圧を第１電圧範囲に調整した第２直流電圧を電子回路に出力する。第２回路の入力電圧は、第２電圧範囲に定められている。第１回路は、交流電圧を第２電圧範囲に調整した第１直流電圧に変換する。

【0075】

（第２項） 第１項に記載の電源装置において、第１回路は、制限回路を含む。制限回路は、該制限回路に入力された直流電圧を第２電圧範囲の第１直流電圧に調整する。

【0076】

（第３項） 第２項に記載の電源装置において、第１回路は、交流電圧を昇圧された直流電圧に変換して出力する倍電圧整流回路を含む。

【0077】

（第４項） 第３項に記載の電源装置において、第１回路は、倍電圧整流回路から出力された直流電圧を降圧して制限回路に出力する降圧回路を有する。降圧回路は、倍電圧整流回路から出力された直流電圧が大きいほど大きく降圧する。

【0078】

（第５項） 第１項～第４項のいずれか１項に記載の電源装置において、第２電圧範囲は、１５Ｖ以上２０Ｖ以下である。

【0079】

（第６項） 本開示の軸受装置は、第１項～第４項のいずれか１項に記載の電源装置と、回転部材と、回転部材の回転に応じて交流電圧を生成する発電機とを備える。

【0080】

（第７項） 第６項に記載の軸受装置は、軸受と、該軸受の状態を監視するセンサと、センサの検出値を外部装置に無線送信する通信回路とを備える。電子回路は、センサと通信回路とを含む。

【0081】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0082】

１ 軸受装置、２ 軸受、３ 外輪、４ 内輪、５ ステータ、６ センサユニット、７ 磁気リング、７ａ 芯金、７ｂ 多極磁石、７ｃ フランジ部、８ 転動体、９ 保持器、１０ シール、１２ 保持部材、１３ 回路基板、１４ 蓋、１５ 加速度センサ、１６ 温度センサ、１７，１７Ａ 電源装置、１８ ワイヤレス通信回路、１８ａ アンテナ部、１９ ねじ、２６ 負荷、５１ 倍電圧整流回路、５２ 制限回路、５３ コンバータ、５４ 電子回路、５５，５５Ａ，５５Ｂ 降圧回路、６１，６１Ａ 第１回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】