(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-19
(45)【発行日】2023-09-27
(54)【発明の名称】無線通信システム
(51)【国際特許分類】
G08C 17/00 20060101AFI20230920BHJP
H04B 5/02 20060101ALI20230920BHJP
F16C 41/00 20060101ALN20230920BHJP
F16C 19/52 20060101ALN20230920BHJP
【ＦＩ】
G08C17/00 Z
H04B5/02
F16C41/00
F16C19/52
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2019073296
(22)【出願日】2019-04-08
(65)【公開番号】P2020173492
(43)【公開日】2020-10-22
【審査請求日】2021-12-21
(73)【特許権者】
【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】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】岡村 俊彦
(72)【発明者】
【氏名】柳沢 知之
(72)【発明者】
【氏名】裏川 杜彦
(72)【発明者】
【氏名】柳野 浩志
【審査官】菅藤 政明
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－１１３１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－４７９０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１３９１５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－７２１７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１２６８５２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０８Ｃ １７／００－１７／０６
Ｈ０４Ｂ ５／０２
Ｆ１６Ｃ ４１／００－４１／０４
Ｆ１６Ｃ １９／５２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の軸受と、前記第１の軸受の状態を検知する第１のセンサと、前記第１のセンサが出力したデータを送信する通信回路とを含むセンサ付き軸受と、第２の軸受と、前記第２の軸受の状態を検知する第２のセンサと、前記通信回路が送信したデータを中継し且つ前記第２のセンサが出力したデータを送信する中継回路とを含む中継機能付き軸受と、
前記中継回路が送信したデータを外部の受信機に中継する中継器と、
を備え、
前記センサ付き軸受及び前記中継機能付き軸受は、発電部を備え、
前記発電部は、
Ｎ極とＳ極とが並ぶ磁気トラックと、
前記磁気トラックと対向する位置に配置されたコイルを含む基板と、を有し、
前記磁気トラックと前記基板とは、相対的に回転可能に設けられ、
前記第１の軸受は、前記第１のセンサが出力したデータを記憶する第１のメモリを備え、
前記第２の軸受は、前記通信回路が送信したデータ及び前記第２のセンサが出力したデータを記憶する第２のメモリを備え、
前記中継回路が管理する所定時間内に、前記所定時間よりも短い単位時間区切りで、前記通信回路から送信されたデータの前記中継回路による受信、前記中継回路から前記通信回路へのリプライ送信、前記中継回路から前記中継器へのデータ送信、前記中継器からのリプライ送信を受け付けるデータ受信、の順にそれぞれ異なる単位時間内に行われ、
前記通信回路からのデータの送信に際して前記第１のメモリからの前記第１のセンサが出力したデータの読み出しが前記通信回路によって行われ、
前記中継回路による前記第２のメモリへのアクセスとして、
前記通信回路から送信されたデータの前記中継回路による受信に際して受信したデータの書き込みと、
前記中継回路から前記中継器へのデータ送信に際して前記通信回路が送信したデータ及び前記第２のセンサが出力したデータの読み出しと、が行われる、
無線通信システム。
【請求項2】
前記センサ付き軸受及び前記中継機能付き軸受は、電波を遮断する筐体の内側に設けられる請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項3】
前記中継器は、前記筐体の内側に露出する第１のアンテナと、前記筐体の外側に露出する第２のアンテナとを備える請求項２に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無線通信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
ギヤボックス内のセンシングを行う構成が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１５－１８３６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載された構成では、軸受の状態を個別にセンシングすることができない。また、特許文献１に記載された構成では、閉鎖されたギヤボックスのような閉鎖環境内のセンシング結果を当該閉鎖環境外から取得しようとした場合、無線の電波を閉鎖環境内から外部に送信することが困難であった。
【0005】
本発明は、軸受が設けられる環境に関わらず軸受の状態を個別にセンシングした結果を外部から取得可能な無線通信システム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】
【0006】
上記の目的を達成するための本発明の無線通信システムは、第１の軸受と、前記第１の軸受の状態を検知する第１のセンサと、前記第１のセンサが出力したデータを送信する通信回路とを含むセンサ付き軸受と、第２の軸受と、前記第２の軸受の状態を検知する第２のセンサと、前記通信回路が送信したデータを中継し且つ前記第２のセンサが出力したデータを送信する中継回路とを含む中継機能付き軸受と、前記中継回路が送信したデータを外部の受信機に中継する中継器と、を備える。
【0007】
従って、センサ付き軸受と中継機能付き軸受は、軸受の状態を個別にセンシングすることができる。また、中継機能付き軸受が、センサ付き軸受のセンシングに関するデータを受信し、このデータと中継機能付き軸受のセンシングに関するデータを中継器に送信する。つまり、中継機能付き軸受によってセンサ付き軸受のデータを中継することができる。このため、中継器とセンサ付き軸受とが直接通信することが困難であっても、中継機能付き軸受とセンサ付き軸受とが通信可能であり、中継機能付き軸受と中継器とが通信可能な状態であればよい。従って、複数の軸受が設けられる環境下における軸受の配置条件をより緩和することができる。また、センサ付き軸受に求められる電波の出力強度に関する条件をより緩和することができる。また、中継器によって、軸受の状態を個別にセンシングした結果を外部から取得することができる。
【0008】
本発明の無線通信システムでは、前記センサ付き軸受及び前記中継機能付き軸受は、電波を遮断する筐体の内側に設けられる。
【0009】
従って、センサ付き軸受及び中継機能付き軸受が電波を遮断する筐体の内側に設けられていても、センサ付き軸受と中継機能付き軸受の通信及び中継機能付き軸受と中継器の通信によって軸受の状態を個別にセンシングした結果を外部から取得することができる。
【0010】
本発明の無線通信システムでは、前記中継器は、前記筐体の内側に露出する第１のアンテナと、前記筐体の外側に露出する第２のアンテナとを備える。
【0011】
従って、第１のアンテナを介して中継機能付き軸受と中継器の通信をより確実に行うことができる。また、第２のアンテナを介して中継器と外部の受信機の通信をより確実に行うことができる。
【0012】
本発明の無線通信システムでは、前記センサ付き軸受及び前記中継機能付き軸受は、発電部を備え、前記発電部は、Ｎ極とＳ極とが並ぶ磁気トラックと、前記磁気トラックと対向する位置に配置されたコイルを含む基板と、を有し、前記磁気トラックと前記基板とは、相対的に回転可能に設けられる。
【0013】
従って、第１の軸受及び第２の軸受を用いて回転可能に支持される構成を含む環境下で当該構成の回転を利用して磁気トラックと基板とを相対的に回転させることで発電を行うことができる。これによって、発電部によって発電された電力を用いて第１のセンサ、第２のセンサ、通信回路及び中継回路を動作させることができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明の無線通信システムによれば、軸受が設けられる環境に関わらず軸受の状態を個別にセンシングした結果を環境外から取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
【0017】
【0018】
機械設備Ｍ１及び機械設備Ｍ２は、軸受１と、軸受１Ａと、中継器１４５を備える。軸受１は、軸受１２０（図１１参照）と、センサ４４と、中継回路４５とを備える。軸受１Ａは、軸受１２０と、センサ４４と、通信回路４５Ａとを備える。センサ４４は、例えば後述する加速度センサ４４１、温度センサ４４２及び角度センサ４４３（図１４参照）のように、軸受１２０の状態を検知するために設けられるセンサである。通信回路４５Ａは、軸受１Ａが備えるセンサ４４によって得られたデータを送信するための無線通信機能を備える回路である。このように、軸受１Ａは、センシング機能付きの軸受である。中継回路４５は、軸受１が備えるセンサ４４によって得られたデータを中継器１４５に送信するとともに、通信回路４５Ａから送信されたデータを中継器１４５に中継するための無線通信機能を備える回路である。このように、軸受１は、センシング及び中継機能付きの軸受である。
【0019】
中継器１４５は、中継回路４５から送信されたデータを受信機１５０に中継する無線通信機である。中継回路４５から送信されたデータは、通信回路４５Ａから送信されたデータを含む。すなわち、中継回路４５から送信されたデータは、軸受１のセンサ４４によって得られたデータと、軸受１Ａのセンサ４４によって得られたデータとを含む。
【0020】
受信機１５０は、機械設備Ｍ１及び機械設備Ｍ２の外部に設けられて、中継器１４５によって中継されたデータを受信する無線通信機である。受信機１５０は、中継器１４５によって中継されたデータを受信することで、軸受１のセンサ４４によって得られたデータ及び軸受１Ａのセンサ４４によって得られたデータを得る。このように、無線通信システム２００は、受信機１５０が受信するデータに基づいて、機械設備Ｍ１及び機械設備Ｍ２に設けられた軸受１及び軸受１Ａの状態を把握可能に設けられたシステムである。
【0021】
無線通信システム２００は、機械設備Ｍ１及び機械設備Ｍ２のように、中継器１４５を介して受信機１５０と通信可能に設けられる機械設備をさらに有していてもよい。また、無線通信システム２００は、機械設備Ｍ１又は機械設備Ｍ２のいずれか一方を有していてもよい。また、軸受１、軸受１Ａ及び中継器１４５を備える構成は、機械設備Ｍ１、機械設備Ｍ２に限られるものでなく、適宜変更可能である。
【0022】
図２は、機械設備Ｍ１の主要構成例を示す概略断面図である。機械設備Ｍ１は、モータユニットＭＵと、ポンプユニットＰＵとを備える。モータユニットＭＵは、ステータＳＴ、ロータＲＯ、シャフトＳＨ、軸受１、軸受１Ａ、中継器１４５等を備える。ポンプユニットＰＵは、プロペラＰＲを備える。
【0023】
ロータＲＯとステータＳＴのうち一方は、永久磁石を備える。ロータＲＯとステータＳＴのうち他方は、通電によって電磁石として機能するコイルを備える。シャフトＳＨは、円柱状又は円筒状の部材である。ロータＲＯは、シャフトＳＨに固定される。ロータＲＯは、シャフトＳＨの中心軸（円柱又は円筒の中心軸）を中心として円周方向に配置される。ステータＳＴは、ロータＲＯの外周側で、シャフトＳＨの中心軸を中心として円周方向に配置される。ステータＳＴとロータＲＯは、非接触である。シャフトＳＨは、一端側が軸受１Ａの内輪に挿通される。シャフトＳＨは、他端側が軸受１の内輪に挿通される。
【0024】
シャフトＳＨ、ロータＲＯ、ステータＳＴ、軸受１及び軸受１Ａは、筐体ＭＣＡ内に設けられる。筐体ＭＣＡは、第１筐体ＭＣＡ１と、第２筐体ＭＣＡ２とを含む。第１筐体ＭＣＡ１は、ロータＲＯを挟んで軸受１の外輪と軸受１Ａの外輪を対向する位置関係で保持する筒状の筐体である。第１筐体ＭＣＡ１に保持された軸受１と軸受１Ａは、内輪の回転中心とシャフトＳＨの中心軸とが一致する位置関係である。すなわち、第１筐体ＭＣＡ１に保持された軸受１と軸受１Ａは、シャフトＳＨを回転可能に支持する。また、第１筐体ＭＣＡ１は、ステータＳＴをロータＲＯの外周側の位置で保持する。ステータＳＴは、第１筐体ＭＣＡ１の内周面に固定される。第２筐体ＭＣＡ２は、シャフトＳＨの一端側に配置されて筐体ＭＣＡの側面を覆う蓋である。コイルに通電されると、モータユニットＭＵは電動機として機能し、ロータＲＯ及びシャフトＳＨがシャフトＳＨの中心軸を中心としてとして回転する。
【0025】
実施形態のモータユニットＭＵは、さらに、コネクタＣＮ及び連結部材ＤＯ１を備える。機械設備Ｍ１に設けられるコネクタＣＮ及び連結部材ＤＯ１は、モータユニットＭＵとポンプユニットＰＵとを連結するための構成である。コネクタＣＮは、ポンプユニットＰＵのプロペラＰＲの回転軸とシャフトＳＨの他端とを連結する。連結部材ＤＯ１は、第１筐体ＭＣＡ１の他端側に設けられる枠状の部材である。連結部材ＤＯ１の枠の内側にはコネクタＣＮが位置する。連結部材ＤＯ１とコネクタＣＮは、非接触である。機械設備Ｍ１の連結部材ＤＯ１は、ポンプユニットＰＵに設けられた枠状の連結部材ＤＯ２と当接する。連結部材ＤＯ２の枠の内側にはコネクタＣＮ及びポンプユニットＰＵの回転軸が位置する。連結部材ＤＯ２と、コネクタＣＮ及びポンプユニットＰＵの回転軸とは、非接触である。ロータＲＯ及びシャフトＳＨが回転すると、ポンプユニットＰＵのプロペラＰＲが回転する。これにより、ポンプユニットＰＵがポンプとして動作する。
【0026】
図２に示す中継器１４５は、アンテナ１４６とアンテナ１４７を備える。中継器１４５は、第１筐体ＭＣＡ１と連結部材ＤＯ１との間に配置される。アンテナ１４６は、一部分が連結部材ＤＯ１の枠の内側に露出するアンテナである。アンテナ１４７は、筐体ＭＣＡの外側に露出するアンテナである。
【0027】
シャフトＳＨの一端側に配置された軸受１Ａの通信回路４５Ａ（図１参照）は、軸受１Ａのセンサ４４によって得られたデータを送信する。シャフトＳＨの他端側に配置された軸受１の中継回路４５（図１参照）は、軸受１のセンサ４４によって得られたデータを中継器１４５に送信するとともに、通信回路４５Ａから送信されたデータを中継器１４５に中継する。
【0028】
中継器１４５は、アンテナ１４６を介して、軸受１の中継回路４５から送信されたデータを受信する。中継器１４５は、アンテナ１４７を介して、受信したデータを受信機１５０に送信する。このように、中継器１４５は、軸受１の中継回路４５から送信されたデータを中継する。
【0029】
実施形態の筐体ＭＣＡは、電波ＷＶ（図１１参照）を遮断する筐体として機能する。具体的には、第１筐体ＭＣＡ１及び第２筐体ＭＣＡ２は、電波ＷＶを遮断する金属、合金、酸化物又はこれらの少なくとも１つを含む複合材料を素材とする筐体の壁面を構成する。また、第１筐体ＭＣＡ１は、シャフトＳＨの一端側を塞いで一端側に向かう電波ＷＶを遮断する。また、第２筐体ＭＣＡ２は、シャフトＳＨの回転軸を中心とした筒状の構造を有し、シャフトＳＨの径方向に向かう電波ＷＶを遮断する。また、シャフトＳＨの他端側には回転駆動されるプロペラＰＲを含むポンプユニットＰＵが設けられており、軸受１及び軸受１Ａから出力される電波ＷＶの受信が困難な状態になっている。このため、軸受１Ａ及び軸受１からのデータを得るためには、筐体ＭＣＡ内で中継器１４５までデータを伝送する必要がある。そこで、軸受１によって軸受１Ａからのデータを中継器１４５に中継することで、軸受１Ａが中継器１４５と直接通信することが困難であっても、軸受１Ａ及び軸受１からのデータを中継器１４５に伝送することができる。
【0030】
図３は、図２とは異なる機械設備Ｍ２の主要構成例を示す概略断面図である。機械設備Ｍ２は、機械設備Ｍ１の構成に加えて、さらにモータユニットＭＵとポンプユニットＰＵの間に介在するギヤボックスＧＢを備える。ギヤボックスＧＢは、遊星歯車機構ＰＧＭを備える。機械設備Ｍ２のコネクタＣＮは、遊星歯車機構ＰＧＭの内軸ＧＳとシャフトＳＨとを連結する。機械設備Ｍ２のプロペラＰＲは、遊星歯車機構ＰＧＭの外軸に固定されている。機械設備Ｍ２におけるモータユニットＭＵの駆動力は、遊星歯車機構ＰＧＭを介してプロペラＰＲに伝送される。機械設備Ｍ２では、連結部材ＤＯ１がモータユニットＭＵの第１筐体ＭＣＡ１とギヤボックスＧＢの筐体ＧＣＡとの連結部分に設けられる。また、機械設備Ｍ２では、連結部材ＤＯ２が省略される。図３では、ギヤボックスＧＢの筐体ＧＣＡとポンプユニットＰＵの筐体とが直接連結されているが、連結部材ＤＯ１、連結部材ＤＯ２のような連結部材を介在させてもよい。
【0031】
ギヤボックスＧＢは、複数の軸受１及び複数の軸受１Ａを備える。複数の軸受１及び複数の軸受１Ａは、筐体ＧＣＡ内に設けられて、遊星歯車機構ＰＧＭが備える複数の歯車の軸を回転可能に支持する。
【0032】
機械設備Ｍ２の中継器１４５は、ギヤボックスＧＢに設けられている。機械設備Ｍ２の中継器１４５が備えるアンテナ１４６は、一部分が筐体ＧＣＡ内に露出する。機械設備Ｍ２の中継器１４５が備えるアンテナ１４７は、筐体ＧＣＡの外側に露出する。
【0033】
図３では、モータユニットＭＵが備える軸受１に符号１ａを付している。また、図３では、筐体ＧＣＡ内に設けられた軸受１のうち、アンテナ１４６から遠い（コネクタＣＮに近い）側から順に、符号１ｂ，１ｃ，１ｄを付している。すなわち、モータユニットＭＵ側からアンテナ１４６側に向かって、順に、軸受１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが並ぶ。軸受１ａの中継回路４５は、軸受１ａのセンサ４４によって得られたデータを軸受１ｂに送信するとともに、モータユニットＭＵの通信回路４５Ａから送信されたデータを軸受１ｂに中継する。軸受１ｂの中継回路４５は、軸受１ｂのセンサ４４によって得られたデータを軸受１ｃに送信するとともに、軸受１ａから送信されたデータを軸受１ｃに中継する。軸受１ｃの中継回路４５は、軸受１ｃのセンサ４４によって得られたデータを軸受１ｄに送信するとともに、軸受１ｂから送信されたデータを軸受１ｄに中継する。軸受１ｄの中継回路４５は、軸受１ｄのセンサ４４によって得られたデータを中継器１４５に送信するとともに、軸受１ｃから送信されたデータを中継器１４５に中継する。このように、軸受１の中継回路４５は、多段階の中継も可能に設けられている。
【0034】
なお、図３に示す筐体ＧＣＡ内に設けられた軸受１Ａの通信回路４５Ａは、軸受１を介さず中継器１４５にデータを送信する。中継器１４５は、軸受１ｄの中継回路４５及び軸受１Ａの通信回路４５Ａから送信されたデータを中継する。
【0035】
実施形態の筐体ＧＣＡは、電波ＷＶを遮断する筐体として機能する。具体的には、筐体ＧＣＡは、電波ＷＶを遮断する金属、合金、酸化物又はこれらの少なくとも１つを含む複合材料を素材とする筐体の壁面を構成する。また、筐体ＧＣＡの一端側には筐体ＭＣＡが設けられている。上述の通り、筐体ＭＣＡは、電波ＷＶを遮断する筐体として機能する。また、筐体ＧＣＡの他端側には回転駆動されるプロペラＰＲを含むポンプユニットＰＵが設けられており、軸受１及び軸受１Ａから出力される電波ＷＶの受信が困難な状態になっている。このため、軸受１Ａ及び軸受１からのデータを得るためには、筐体ＭＣＡ－筐体ＧＣＡ内で中継器１４５までデータを伝送する必要がある。そこで、軸受１によって中継器１４５と直接通信することが困難な配置の軸受１Ａからのデータを中継器１４５に中継することで、軸受１Ａ及び軸受１からのデータを中継器１４５に伝送することができる。
【0036】
以下、軸受１Ａ、軸受１、中継器１４５及び受信機１５０を含む通信の説明に係り、機械設備Ｍ１と受信機１５０の通信を例として説明する。
【0037】
図４は、無線通信システム２００で行われる通信における識別の仕組みを模式的に示すブロック図である。軸受１Ａの通信回路４５Ａ及び軸受１の中継回路４５は、固有の識別子（ＩＤ：Identifier）を保持する。図４では、軸受１Ａが備える通信回路４５ＡのＩＤを「００１」としている。また、図４では、軸受１が備える中継回路４５のＩＤを「１０１」としている。
【0038】
中継器１４５は、中継回路４５を備える。中継器１４５の中継回路４５は、軸受１の中継回路４５と同様の機能を備える。受信機１５０は、通信回路１５１を備える。中継器１４５の中継回路４５及び通信回路１５１は、ＩＤを保持する。図４では、中継器１４５が備える中継回路４５のＩＤを「１０２」としている。また、図４では、通信回路１５１のＩＤを「２００」としている。
【0039】
軸受１の中継回路４５は、中継対象リストＬ１と、転送先リストＬ２とを保持する。中継対象リストＬ１は、データを中継する対象のＩＤを記録する。図４に示す例の場合、軸受１の中継回路４５は、軸受１Ａの通信回路４５Ａから送信されるデータを中継する。従って、中継対象リストＬ１は、軸受１Ａの通信回路４５Ａが保持する「００１」のＩＤを記録する。転送先リストＬ２は、データを送信する対象のＩＤを記録する。図４に示す例の場合、軸受１の中継回路４５は、中継器１４５の中継回路４５にデータを送信する。従って、転送先リストＬ２は、中継器１４５の中継回路４５が保持する「１０２」のＩＤを記録する。
【0040】
中継器１４５の中継回路４５は、中継対象リストＬ３と、転送先リストＬ４とを保持する。中継対象リストＬ３の機能は、中継対象リストＬ１と同様である。図４に示す例の場合、中継器１４５の中継回路４５は、軸受１の中継回路４５から送信されるデータを中継する。従って、中継対象リストＬ３は、軸受１の中継回路４５が保持する「１０１」のＩＤを記録する。転送先リストＬ４の機能は、転送先リストＬ２と同様である。図４に示す例の場合、中継器１４５の中継回路４５は、受信機１５０の通信回路１５１にデータを送信する。従って、転送先リストＬ４は、通信回路１５１が保持する「２００」のＩＤを記録する。
【0041】
通信回路１５１は、受信対象リストＬ５を保持する。受信対象リストＬ５は、データを受信する対象のＩＤを記録する。図４に示す例の場合、受信機１５０の通信回路１５１は、中継器１４５の中継回路４５から送信されるデータを中継する。従って、受信対象リストＬ５は、中継器１４５の中継回路４５が保持する「１０２」のＩＤを記録する。
【0042】
実施形態では、データの送受信に際して暗号化処理を施す。このため、データの暗号化及び暗号化されたデータの復号化のために鍵が用いられる。この鍵は、所謂暗号化通信における「鍵として機能するデータ」である。中継回路４５、通信回路４５Ａ及び通信回路１５１は、それぞれ通信を行う対象の鍵を保持する。この鍵として、図４では、鍵Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２，Ｋ３１，Ｋ３２を図示している。鍵Ｋ１１は、軸受１の中継回路４５と通信を行うために軸受１Ａの通信回路４５Ａが保持する鍵である。鍵Ｋ１２は、軸受１Ａの通信回路４５Ａと通信を行うために軸受１の中継回路４５が保持する鍵である。鍵Ｋ２１は、中継器１４５の中継回路４５と通信を行うために軸受１の中継回路４５が保持する鍵である。鍵Ｋ２２は、軸受１の中継回路４５と通信を行うために中継器１４５の中継回路４５が保持する鍵である。鍵Ｋ３１は、受信機１５０の通信回路１５１と通信を行うために中継器１４５の中継回路４５が保持する鍵である。鍵Ｋ３２は、中継器１４５の中継回路４５と通信を行うために受信機１５０の通信回路１５１が保持する鍵である。
【0043】
実施形態では、鍵Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２，Ｋ３１，Ｋ３２は、ペアリングに伴って動的に生成される。軸受１Ａの通信回路４５Ａと軸受１の中継回路４５は、ペアリングを行って相互通信を確立する。軸受１の中継回路４５と中継器１４５の中継回路４５は、ペアリングを行って相互通信を確立する。中継器１４５の中継回路４５と受信機１５０の通信回路１５１は、ペアリングを行って相互通信を確立する。
【0044】
図５は、相互通信に関する処理の流れを示すフローチャートである。相互通信の一例として、軸受１Ａの通信回路４５Ａと軸受１の中継回路４５の相互通信について、図５を参照して説明する。軸受１の中継回路４５は、中継対象のスキャンを行う（ステップＳ１）。ステップＳ１の処理において、軸受１の中継回路４５は、軸受１Ａの通信回路４５Ａを発信源とする電波ＷＶを捕捉する。ステップＳ１の処理に際して、軸受１Ａの通信回路４５Ａは、ペアリング処理を受け付け可能な状態である。ステップＳ１の処理では、軸受１Ａの通信回路４５Ａが発する電波ＷＶを軸受１の中継回路４５が受信してリプライを軸受１Ａの通信回路４５Ａに返す仕組みでもよいし、軸受１の中継回路４５が発する電波ＷＶを軸受１Ａの通信回路４５Ａが受信してリプライを軸受１の中継回路４５に返す仕組みでもよい。
【0045】
ステップＳ１の処理後、軸受１の中継回路４５と軸受１Ａの通信回路４５Ａはペアリングを行う（ステップＳ２）。ステップＳ２の処理に伴い、軸受１の中継回路４５と軸受１Ａの通信回路４５Ａは、通信に用いる鍵を生成する。すなわち、軸受１の中継回路４５は、鍵Ｋ１２を生成する。また、軸受１Ａの通信回路４５Ａは、鍵Ｋ１１を生成する。
【0046】
ステップＳ２の処理後、データの受送信が行われる（ステップＳ３）。ステップＳ３の処理後、受信側から送信側に宛てたリプライが行われる（ステップＳ４）。ステップＳ３の処理として、例えば、軸受１Ａの通信回路４５Ａは、軸受１Ａのセンサ４４によって得られたデータを送信する。軸受１の中継回路４５は、軸受１Ａの通信回路４５Ａから送信されたデータを受信する。このようなステップＳ３の処理後におけるステップＳ４の処理として、軸受１の中継回路４５は、リプライ情報を軸受１Ａの通信回路４５Ａに送信する。軸受１Ａの通信回路４５Ａは、軸受１の中継回路４５から送信されたリプライ情報を受信する。
【0047】
軸受１の中継回路４５及び軸受１Ａの通信回路４５Ａの少なくとも一方の電源がＯＦＦになった場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、軸受１の中継回路４５と軸受１Ａの通信回路４５Ａの相互通信は終了する。軸受１の中継回路４５及び軸受１Ａの通信回路４５Ａの電源がＯＮである場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、中継対象との通信が所定時間ＣＹ（図７参照）以上途絶していない限り（ステップＳ６；Ｎｏ）、ステップＳ３の処理に移行する。すなわち、軸受１の中継回路４５は、軸受１Ａの通信回路４５Ａからのデータ送信が所定時間ＣＹ以上途絶しない限り、ステップＳ１の処理及びステップＳ２の処理を省略し、過去のペアリングに基づいて、軸受１Ａの通信回路４５Ａから送信されるデータを受信及び中継する。一方、中継対象との通信が所定時間ＣＹ以上途絶した場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、ステップＳ１の処理に移行する。すなわち、軸受１の中継回路４５は、軸受１Ａの通信回路４５Ａとペアリングを再度行うため、中継対象のスキャンを開始する。
【0048】
以上、軸受１Ａの通信回路４５Ａと軸受１の中継回路４５の相互通信について説明したが、同様の流れで、軸受１の中継回路４５と中継器１４５の中継回路４５の相互通信及び中継器１４５の中継回路４５と受信機１５０の通信回路１５１の相互通信が行われる。例えば、軸受１の中継回路４５と中継器１４５の中継回路４５の相互通信では、ステップＳ３の処理において、軸受１の中継回路４５が、軸受１Ａの通信回路４５Ａから送信されたデータ及び軸受１のセンサ４４によって得られたデータを中継器１４５の中継回路４５に送信する。また、ステップＳ４の処理において、中継器１４５の中継回路４５からリプライ情報が軸受１の中継回路４５に送信される。軸受１の中継回路４５は、中継器１４５の中継回路４５から送信されたリプライ情報を受信する。また、中継器１４５の中継回路４５と受信機１５０の通信回路１５１の相互通信では、ステップＳ３の処理において、中継器１４５の中継回路４５が、軸受１の中継回路４５から送信されたデータを通信回路１５１に送信する。また、ステップＳ４の処理において、受信機１５０の通信回路１５１からリプライ情報が中継器１４５の中継回路４５に送信される。中継器１４５の中継回路４５は、受信機１５０の通信回路１５１から送られた送信されたリプライ情報を受信する。
【0049】
図６は、無線通信システム２００で取り扱われるデータを記憶するための仕組みを模式的に示すブロック図である。軸受１Ａの通信回路４５Ａは、軸受１Ａに設けられたメモリＭＥにアクセス可能に設けられる。また、軸受１Ａのセンサ４４から出力されたデータは、ＤＭＡＣ（Direct Memory Access Controller）４９を介してメモリＭＥに書き込み可能に設けられる。すなわち、センサ４４は、ＤＭＡＣ４９以外の構成の演算能力に負荷を与えることなくデータをメモリＭＥに書き込み可能に設けられる。
【0050】
軸受１ＡのメモリＭＥ及びＤＭＡＣ４９は、例えば中継回路４５の回路パッケージ内に同枠された状態で実装されるが、これはメモリＭＥ及びＤＭＡＣ４９の実装例であってこれに限られるものでない。メモリＭＥ及びＤＭＡＣ４９は、中継回路４５の回路パッケージとは異なる独立した回路パッケージに設けられていてもよい。
【0051】
軸受１の中継回路４５は、軸受１に設けられたメモリＭＥにアクセス可能に設けられる。また、軸受１Ａを例として説明したセンサ４４とメモリＭＥとの関係は、軸受１でも同様である。中継器１４５の中継回路４５は、中継器１４５に設けられたメモリＭＥにアクセス可能に設けられる。
【0052】
まず、軸受１Ａの通信回路４５Ａからのデータ送信ＳＥ１が完了するまでに軸受１Ａで行われるデータの流れについて説明する。センサ４４から出力されたデータは、ＤＭＡＣ４９を介してメモリＭＥに書き込まれる。通信回路４５Ａは、メモリＭＥにアクセスし、メモリＭＥに書き込まれたデータを読み出して軸受１の中継回路４５に送信するデータ送信ＳＥ１を行う。このように、データ送信ＳＥ１は、ＤＭＡＣ４９を介してメモリＭＥに書き込まれたセンサ４４のデータの送信である。
【0053】
次に、軸受１の中継回路４５からのデータ送信ＳＥ２が完了するまでに軸受１で行われるデータの流れについて説明する。中継回路４５は、データ送信ＳＥ１に対するリプライとして、通信回路４５Ａに対してリプライ送信ＲＥ１を行う。中継回路４５は、データ送信ＳＥ１によって送られたデータを正常に受信できた場合、受信したデータをメモリＭＥに書き込む。また、センサ４４から出力されたデータは、ＤＭＡＣ４９を介してメモリＭＥに書き込まれる。中継回路４５は、メモリＭＥにアクセスし、メモリＭＥに書き込まれたデータを読み出して軸受１の中継回路４５に送信するデータ送信ＳＥ２を行う。このように、データ送信ＳＥ２は、データ送信ＳＥ１によって送られたデータと、ＤＭＡＣ４９を介してメモリＭＥに書き込まれたセンサ４４のデータと、を含むデータの送信である。
【0054】
次に、中継器１４５の中継回路４５からのデータ送信ＳＥｔが完了するまでに中継器１４５で行われるデータの流れについて説明する。中継器１４５の中継回路４５は、データ送信ＳＥ２に対するリプライとして、軸受１の中継回路４５に対してリプライ送信ＲＥ２を行う。中継器１４５の中継回路４５は、データ送信ＳＥ２によって送られたデータを正常に受信できた場合、受信したデータをメモリＭＥに書き込む。中継器１４５の中継回路４５は、メモリＭＥにアクセスし、メモリＭＥに書き込まれたデータを読み出して受信機１５０に送信するデータ送信ＳＥｔを行う。このように、データ送信ＳＥｔは、データ送信ＳＥ２によって送られたデータの転送である。
【0055】
図７は、データ送受信とリプライ送受信のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。図７の最上段の中継回路は、図４に示す軸受１の中継回路４５である。図７の上から２番目の通信回路は、図４に示す軸受１Ａの通信回路４５Ａである。図７の上から３番目の中継回路は、図４に示す中継器１４５の中継回路４５である。
【0056】
軸受１の中継回路４５、軸受１Ａの通信回路４５Ａ及び中継器１４５の中継回路４５は、所定時間ＣＹ内を所定時間ＣＹよりも短い単位時間に区切り、各単位時間内で異なるデータの送信又は受信を行う。所定時間ＣＹは、例えば５［秒］であるが、これに限られるものでなく適宜変更可能である。所定時間ＣＹよりも短い単位時間は、例えば０．１［秒］であるが、これに限られるものでなく適宜変更可能である。
【0057】
図７では、軸受１の中継回路４５が管理する所定時間ＣＹ内で最初に、軸受１Ａの通信回路４５Ａからのデータ送信ＳＥ１を受け付けるデータ受信を行っている。図７では、データ送信に対応して行われるデータ受信を図示する目的で、「データ送信に付された符号」に括弧を加えた符号を付している。例えば、データ送信ＳＥ１に対応して行われるデータ受信には、（ＳＥ１）の符号が付されている。
【0058】
軸受１の中継回路４５は、データ送信ＳＥ１を受け付けるデータ受信から単位時間経過後、リプライ送信ＲＥ１を行う。従って、軸受１Ａの通信回路４５Ａは、データ送信ＳＥ１の後、リプライ送信ＲＥ１を受け付けるデータ受信を行う。
【0059】
軸受１の中継回路４５は、リプライ送信ＲＥ１から単位時間経過後、データ送信ＳＥ２を行う。中継器１４５の中継回路４５は、データ送信ＳＥ２を受け付けるデータ受信を行う。中継器１４５の中継回路４５は、データ送信ＳＥ２を受け付けるデータ受信から単位時間経過後、リプライ送信ＲＥ２を行う。従って、軸受１の中継回路４５は、データ送信ＳＥ２の後、リプライ送信ＲＥ２を受け付けるデータ受信を行う。
【0060】
以上、図４に示す軸受１の中継回路４５、軸受１Ａの通信回路４５Ａ及び中継器１４５の中継回路４５が関連する相互通信のタイミングについて例示したが、これは中継回路４５が行う通信を最も単純化した説明である。図３に示す機械設備Ｍ２のように、中継回路４５は、複数の軸受１Ａの通信回路４５Ａからのデータ送信を中継してもよい。また、中継回路４５は、他の複数の中継回路４５からのデータ送信を中継してもよい。
【0061】
例えば、軸受１の中継回路４５は、リプライ送信ＲＥ２を受け付けるデータ受信から単位時間経過後、他のデータ送受信が可能な状態になる。図７では、軸受１の中継回路４５が複数の軸受１Ａの通信回路４５Ａからのデータ送信を中継する場合の例として、データ送信ＳＥ１を行った通信回路４５Ａとは異なる通信回路４５Ａからのデータ送信ＳＥ３を受け付けるデータ受信を行っている。軸受１の中継回路４５は、データ送信ＳＥ３を受け付けるデータ受信から単位時間経過後、リプライ送信ＲＥ３を行う。従って、データ送信ＳＥ３を行った通信回路４５Ａは、データ送信ＳＥ３の後、リプライ送信ＲＥ３を受け付けるデータ受信を行う。また、軸受１の中継回路４５は、リプライ送信ＲＥ３から単位時間経過後、他のデータ送受信が可能な状態になる。図７では、軸受１の中継回路４５が他の軸受１の中継回路４５からのデータ送信を中継する場合の例として、当該他の軸受１の中継回路４５からのデータ送信ＳＥ４を受け付けるデータ受信を行っている。軸受１の中継回路４５は、データ送信ＳＥ４を受け付けるデータ受信から単位時間経過後、リプライ送信ＲＥ４を行う。従って、データ送信ＳＥ４を行った通信回路４５Ａは、データ送信ＳＥ４の後、リプライ送信ＲＥ４を受け付けるデータ受信を行う。軸受１の中継回路４５は、図７に示す（ＳＥ５）のように、リプライ送信ＲＥ４から単位時間経過後、他のデータ送受信が可能な状態になる。
【0062】
以上、それぞれ異なるペアリングの相手と順次データ送信ＳＥ１，ＳＥ２，ＳＥ３，ＳＥ４及びリプライ送信ＲＥ１，ＲＥ２，ＲＥ３，ＲＥ４を行う場合について例示したが、所定時間ＣＹ内に同じペアリングの相手と複数回データの送受信及びリプライを行ってもよい。例えば、軸受１の中継回路４５は、データ送信ＳＥ１で送信されたデータを正常に受信できなかった場合、正常に受信できなかったことを示すリプライ送信ＲＥ１を軸受１Ａの通信回路４５Ａに返す。また、この場合、軸受１の中継回路４５は、リプライ送信ＲＥ１以後のタイミングで再度軸受１Ａの通信回路４５Ａからデータの送信を受け付けるようにしてもよい。例えば、上述のデータ送信ＳＥ３のタイミングを、再度軸受１Ａの通信回路４５Ａがデータ送信を行うタイミングにしてもよい。
【0063】
また、軸受１からのデータ送信ＳＥ２が１回で正常に完了するとは限らない。このため、データ送信ＳＥ２が正常に完了しなかった場合、軸受１の中継回路４５は、そのことを示すリプライ送信ＲＥ２以後のタイミングで再度データ送信を行うようにしてもよい。
【0064】
図８は、メモリＭＥが記憶するデータの例を示す模式図である。図８は、図６に示す軸受１のメモリＭＥが記憶するデータを例示している。図６を参照して説明したように、メモリＭＥは、センサ４４から出力されてＤＭＡＣ４９を介して書き込まれたデータを記憶可能に設けられる。また、メモリＭＥは、中継回路４５が受信して書き込んだデータを記憶可能に設けられる。このため、メモリＭＥが記憶するデータには、センシングデータと中継データとが混在しうる。
【0065】
図８に示すメモリＭＥには、所定記憶容量単位で区切られたメモリアドレスＡＤ１，ＡＤ２，ＡＤ３，ＡＤ４，ＡＤ５…毎に異なるデータが記憶されている。メモリアドレスＡＤ１に対応する記憶領域には、軸受１のセンサ４４からのｎ回目のセンシングデータが記憶されている。メモリアドレスＡＤ２に対応する記憶領域には、軸受１Ａの中継回路４５から送信されたｎ回目の中継データが記憶されている。メモリアドレスＡＤ３に対応する記憶領域には、軸受１のセンサ４４からのｎ＋１回目のセンシングデータが記憶されている。メモリアドレスＡＤ４に対応する記憶領域には、軸受１Ａの中継回路４５から送信されたｎ＋１回目の中継データが記憶されている。メモリアドレスＡＤ５に対応する記憶領域には、軸受１のセンサ４４からのｎ＋２回目のセンシングデータが記憶されている。センシングデータとは、軸受１のセンサ４４から出力されてＤＭＡＣ４９を介して書き込まれたデータである。中継データとは、中継対象（例えば、軸受１Ａの中継回路４５）から送信されたデータである。末尾のメモリアドレスＡＤｍに対応する記憶領域までデータが書き込まれた後には、メモリアドレスＡＤ１から順次上書きされる。ｍ，ｎは、自然数である。所定記憶容量は、例えば２０［ｂｙｔｅ］であるが、これに限られるものでなく適宜変更可能である。
【0066】
なお、軸受１Ａのようにデータを中継しない構成の場合、メモリＭＥは、ＤＭＡＣ４９を介して書き込まれるセンシングデータを順次記憶する。また、中継器１４５のようにセンサ４４を備えない構成の場合、メモリＭＥは、中継回路４５によって書き込まれる中継データを順次記憶する。
【0067】
図９は、軸受１の中継回路４５が中継専用モードで動作する場合の通信におけるデータの取り扱いの仕組みを模式的に示すブロック図である。図１０は、軸受１の中継回路４５がセンシング専用モードで動作する場合の通信におけるデータの取り扱いの仕組みを模式的に示すブロック図である。図９及び図１０では、軸受１の中継回路４５の処理で取り扱われない対象のブロックにマスキングを施している。
【0068】
軸受１の中継回路４５の動作は、軸受１Ａの中継回路４５からのデータの中継と軸受１のセンサ４４が出力したデータの送信との両方を必ず行う動作に限定されない。例えば、図９に示すように、軸受１の中継回路４５は、軸受１Ａの中継回路４５からのデータの中継を行い、軸受１のセンサ４４が出力したデータの送信を行わない中継専用モードで動作してもよい。中継専用モードでは、ＤＭＡＣ４９を介したセンサ４４からのデータのメモリＭＥに対する書き込みが停止する。
【0069】
また、図１０に示すように、軸受１の中継回路４５は、軸受１Ａの中継回路４５からのデータの中継を行わず、軸受１のセンサ４４が出力したデータの送信を行いセンシング専用モードで動作してもよい。センシング専用モードでは、軸受１Ａの中継回路４５との間の通信が停止する。この場合、軸受１Ａでは、ＤＭＡＣ４９を介したセンサ４４からのデータのメモリＭＥに対する書き込みが継続していてもよい。そして、センシング専用モード以外の動作モードで軸受１の中継回路４５が動作を開始した後、軸受１Ａの通信回路４５Ａは、メモリＭＥから順次データを読み出して送信する。この送信は、軸受１の中継回路４５と軸受１Ａの通信回路４５Ａとの通信に割り当て可能な時間と、１回のデータ送信で取り扱い可能なデータ量と、メモリＭＥの空き容量との関係に基づいて、可能な限りセンシングデータの欠落が生じないよう制御される。
【0070】
【0071】
図１１は、軸受１の斜視図である。図１２及び図１３は、軸受１の分解斜視図である。図１２は軸受１をカバー１０側から見た図であり、図１３は軸受１を軸受１２０側から見た図である。図１１から図１３に示すように、軸受１は、センサ付き発電ユニット１００と、軸受１２０とを備える。軸受１２０の一方の側面に、センサ付き発電ユニット１００が取り付けられる。図１２及び図１３に示すように、センサ付き発電ユニット１００は、カバー１０と、コイル基板２０と、回転部３０と、回路基板４０と、バックカバー６０と、を備える。
【0072】
カバー１０は、リング状の天板１２と、天板１２の周囲に接続された筒状の側板１１とを有する。カバー１０は、ケイ素鋼板、炭素鋼（ＪＩＳ規格 ＳＳ４００又はＳ４５Ｃ）、マルテンサイト系ステンレス（ＪＩＳ規格 ＳＵＳ４２０）又はフェライト系ステンレス（ＪＩＳ規格 ＳＵＳ４３０）のいずれかのような磁性を有する材料で形成される。
【0073】
図１３に示すように、回路基板４０は、天板１２の一方の面１２Ａに取り付けられている。一方の面１２Ａは、軸受１２０と対向する側の面である。回路基板４０は、電源基板４１と、センサ基板４２とを有する。例えば、図１１及び図１２に示すように、天板１２に開けられた雌ねじ穴に、黄銅など非磁性材料のボルト１９Ｂが締結することで、電源基板４１とセンサ基板４２とが天板１２に固定される。図１１及び図１２に示すように、ボルト１９Ｂは、カバー１０に取り付けられた状態で、カバー１０から突出しない長さを有する。
【0074】
また、カバー１０には、貫通孔が開けられている。この貫通孔は、樹脂などの非磁性材料で形成された非磁性蓋１７で密閉されている。後述するように、センサ基板４２には、アンテナ４７（後述の図１４参照）が実装される。カバー１０は磁性を有するので、アンテナ４７からの電磁波をシールドする作用を有する。しかし、アンテナ４７は非磁性蓋１７と対向する位置に配置される。このため、アンテナ４７の電波ＷＶは、非磁性蓋１７を介してカバー１０の外側に伝播する。
【0075】
また、軸受１は、軸受１Ａ等、他の構成から送信されるデータを中継する。このため、電波ＷＶを通過される目的で、軸受１２０の側面に貫通孔を設けている。実施形態では、当該貫通孔は、非磁性蓋ＨＯで塞がれる。
【0076】
バックカバー６０は、センサ付き発電ユニット１００の内部を見えないように塞いでいる。バックカバー６０は、センサ付き発電ユニット１００の内部に異物等が侵入することを防ぐ、シールとしての役割も果たす。バックカバー６０は、例えば電波ＷＶの伝送を特に妨げない合成樹脂等の素材を用いて形成されるが、カバー１０と同様に非磁性蓋を設けた磁性材料であってもよい。
【0077】
コイル基板２０は、天板１２の一方の面１２Ａに取り付けられている。例えば、天板１２の中央には、貫通した開口部Ｈ１２が設けられている。開口部Ｈ１２の周囲には、他の部分よりも厚さが小さい段差部が設けられている。コイル基板２０は、この段差部に嵌め込まれることによって、天板１２に対して位置決めされている。また、天板１２の一方の面１２Ａと、コイル基板２０の表面は、面一（または、ほぼ面一）となっている。コイル基板２０は、例えば接着剤を介して天板１２の一方の面に固定されている。
【0078】
図１４は、カバー１０とコイル基板２０の構成例を示す平面図である。図１４に示すように、天板１２の一方の面１２Ａには、電源基板４１とセンサ基板４２とが取り付けられている。電源基板４１とセンサ基板４２は、平面視で、側板１１とコイル基板２０との間に位置する。電源基板４１には、電源部４３が実装されている。電源部４３は、回転部３０との相対的な回転によってコイル基板２０が発電した単相交流電力を直流電圧に変換して、センサ基板４２へ供給する。
【0079】
センサ基板４２には、センサ４４と、中継回路４５と、アンテナ４７とが実装されている。電源部４３からの直流電力は、センサ４４及び中継回路４５に供給される。センサ４４、中継回路４５及びアンテナ４７は、別々のＩＣ（Integrated Circuit）チップで構成されていてもよいし、それらの一部又は全部が１つのＩＣチップで構成されていてもよい。また、センサ４４は、例えば、加速度センサ４４１と、温度センサ４４２及び角度センサ４４３を有する。
【0080】
加速度センサ４４１は、軸受１２０の振動を検出する。温度センサ４４２は、軸受１２０の周囲温度を検出する。角度センサ４４３は、軸受１２０の外輪に対する内輪の相対的な回転角度を検出する。
【0081】
例えば、角度センサ４４３は、磁気トラック３１の側方に位置する。磁気トラック３１の側方から磁気が漏れ、漏れた磁気を角度センサ４４３が検出する。また、磁気トラック３１を有する回転部３０は内輪に固定されている。角度センサ４４３は、内輪と共に磁気トラック３１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、外輪に対する内輪の回転角度を検出する。
【0082】
また、図示しないが、センサ４４は、軸受１２０の周囲湿度を検出する湿度センサ、軸受１２０の潤滑油の酸化劣化に伴って生じるガス状の炭化水素、硫化水素、アンモニア等を検出するガスセンサ、軸受１２０において生じる摩擦音を検出する超音波センサ等を有してもよい。
【0083】
図１４に示すように、コイル基板２０は、例えば、フレキシブル基板２１と、フレキシブル基板２１に設けられたコイルパターン２３と、フレキシブル基板２１に設けられた複数のヨーク２５と、を有する。ヨーク２５は、なくてもよい。フレキシブル基板２１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２３は、フレキシブル基板２１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。
【0084】
図１４に示すように、コイルパターン２３の両端は、リード線１６を介して電源基板４１に接続される。なお、実施形態において、コイルパターン２３と電源基板４１との接続は、リード線１６ではなく、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）コネクタを介して行われてもよい。または、コイル基板２０を延長して電源基板４１と直接接続されてもよい。ＦＰＣコネクタを使用した接続では、半田が不要となるので、センサ付き発電ユニット１００の生産性をさらに高めることができる。
【0085】
図１４に示すように、コイルパターン２３は、平面視で第１方向に延びる複数の第１導電部２３１と、第１方向と平面視で交差する第２方向に延びる複数の第２導電部２３２と、を有する。第１方向は、例えば、回転中心軸Ａｘを中心とする円の円周方向である。第２方向は、例えば、回転中心軸Ａｘを中心とする円の径方向である。第１導電部２３１と第２導電部２３２は、交互に直列に接続されている。
【0086】
ヨーク２５は、平面視で、第１導電部２３１の一方の側に位置する第１ヨーク２５Ａと、第１導電部２３１の他方の側に位置する第２ヨーク２５Ｂとを有する。例えば、第１ヨーク２５Ａは、第１導電部２３１よりも回転中心軸Ａｘから遠い側に位置する。第２ヨーク２５Ｂは、第１導電部２３１よりも回転中心軸Ａｘから近い側に位置する。第１ヨーク２５Ａと回転中心軸Ａｘとの距離と第２ヨーク２５Ｂと回転中心軸Ａｘとの距離は等しい。
【0087】
コイルパターン２３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延設されている。この凹凸の凹部２３３にヨーク２５が１つずつ配置されている。
【0088】
図１５は、磁気トラック３１の構成例を示す平面図である。図１５に示すように、磁気トラック３１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。磁気トラック３１は、Ｎ極３１ＮとＳ極３１Ｓとからなる磁極対３１１を複数有する。複数の磁極対３１１は、回転中心軸Ａｘを中心とする円の円周方向に並んでいる。Ｎ極３１Ｎ及びＳ極３１Ｓは、交互に配置されている。
【0089】
図１５に示すように、回転中心軸Ａｘを中心とする円の円周方向において、隣り合うＮ極３１ＮとＳ極３１Ｓとの中心間の角度３１ｐは、ヨーク２５の中心間の角度と同じ長さになっている。すなわち、角度３１ｐは、円周方向に隣り合う２つの第２導電部２３２の間の角度と等しい。
【0090】
図１２及び図１３に示したように、回転部３０は、磁気トラック３１と、リング状の基材３３と、リング状の取り付け治具３５と、を有する。基材３３及び取り付け治具３５は、金属製である。磁気トラック３１は、基材３３の一方の面側に設けられている。取り付け治具３５は、基材３３の他方の面側に固定されている。取り付け治具３５は、基材３３の他方の面側から、基材３３の中央に位置する貫通した開口部Ｈ３３を通って、基材３３の一方の面側に突き出ている。基材３３の一方の面側はカバー１０と対向する面側である。基材３３の他方の面側はバックカバー６０と対向する面側である。
【0091】
実施形態では、磁気トラック３１と基材３３とを合わせて、エンコーダマグネットという。例えば、エンコーダマグネットは、金属製の基材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３１ＮとＳ極３１Ｓとが交互に着磁されることにより形成される。取り付け治具３５は、エンコーダマグネットを、シャフトＳＨのような回転軸として機能する構成に取り付けるために使用される。すなわち、エンコーダマグネットは、取り付け治具３５を介して回転軸として機能する構成に固定されることで、回転軸の回転動作に伴って回転する。一方、カバー１０は、開口部Ｈ１２によって回転軸と非接触である。従って、カバー１０は回転しない。カバー１０は、軸受１２０の外輪に固定されていてもよいし、筐体ＭＣＡ又は筐体ＧＣＡに固定されていてもよい。
【0092】
実施形態では、取り付け治具３５の形状や内径寸法を変化させることで、センサ付き発電ユニット１００を様々な軸受サイズに対応させることができる。また、磁気トラック３１の磁極対３１１の数や、磁気トラック３１のマグネット材料を変更することで、発電量を調整することもできる。また、実施形態では、センサ付き発電ユニット１００を様々な軸受サイズに対応させるため、回転部３０をエンコーダマグネットと取り付け治具３５と分離可能な構成としている。なお、軸受サイズが１種類に限定される場合は、エンコーダマグネットと取り付け治具３５とを一体成形してもよい。この場合は、センサ付き発電ユニット１００の生産性が向上する。
【0093】
回転中心軸Ａｘを中心に、コイル基板２０に対して磁気トラック３１が相対的に回転すると、第１ヨーク２５ＡがＮ極３１Ｎと対向するときは、第２ヨーク２５ＢはＳ極３１Ｓと対向する。また、第１ヨーク２５ＡがＳ極３１Ｓと対向するときは、第２ヨーク２５ＢはＮ極３１Ｎと対向する。第１ヨーク２５Ａ及び第２ヨーク２５Ｂは、磁気トラック３１の同一磁極と対向することはない。これにより、第１ヨーク２５Ａを通る磁束密度の変化の位相と、第２ヨーク２５Ｂを通る磁束密度の変化の位相は、１８０°ずれた状態となる。
【0094】
上述したように、第１ヨーク２５Ａは、第１導電部２３１よりも回転中心軸Ａｘから遠い側に位置する。第２ヨーク２５Ｂは、第１導電部２３１よりも回転中心軸Ａｘに近い側に位置する。このため、第１ヨーク２５Ａを通る磁束密度の変化によってコイルパターン２３に生じる誘導電流と、第２ヨーク２５Ｂを通る磁束密度の変化によってコイルパターン２３に生じる誘導電流は、同じ方向に流れる。このように、コイル基板２０と磁気トラック３１との相対的な回転によって、コイル基板２０に正弦波の交流電圧が生じる。これのよって、コイル基板２０が単相交流電力を生じさせる電源として機能する。当該単相交流電力は、電源部４３によって直流電圧に変換されて、センサ４４及び中継回路４５を含むセンサ基板４２に供給される。
【0095】
図１１から図１５を参照して説明した軸受１のセンサ４４及び中継回路４５は、コイル基板２０からの電力供給で動作する。図６を参照して説明したＤＭＡＣ４９及びメモリＭＥも、コイル基板２０からの電力供給で動作する。図１４では、ＤＭＡＣ４９及びメモリＭＥは、中継回路４５の回路パッケージ内に同枠された状態で実装されている。
【0096】
なお、軸受１Ａの場合、図１４に示す中継回路４５が通信回路４５Ａに置換される。通信回路４５Ａは、データの中継に関する機能を有しない点を除いて、中継回路４５と同様である。中継回路４５と通信回路４５Ａとの差異を除いて、軸受１と軸受１Ａとは同様の構成である。
【0097】
図１１から図１５を参照した構成では、相対的に回転するコイル基板２０と回転部３０とを発電部として機能させて中継回路４５（又は通信回路４５Ａ）及びセンサ４４に電力を供給しているが、電力の供給方法はこれに限られるものでない。例えば、リード線１６を電池に接続してもよい。当該電池は、カバー１０とバックカバー６０との間に配置可能な形状及び大きさの電池として設けられる。また、カバー１０又は軸受１２０の外周側面に太陽電池パネルを配置してもよい。この場合、太陽電池パネルの形状は、例えば側板１１と同様の形状になる。また、機械設備Ｍ１、機械設備Ｍ２の内部であって、当該太陽電池パネルを照明可能な位置に発光ダイオード等の光源が配置される。当該光源は、外部に設けられた電源又はモータユニットＭＵと共通の電源に接続される。
【0098】
以上説明したように、実施形態によれば、第１の軸受に相当する軸受１２０と、第１の軸受の状態を検知する第１のセンサに相当するセンサ４４と、第１のセンサが出力したデータを送信する通信回路４５Ａとを含むセンサ付き軸受に相当する軸受１Ａと、第２の軸受に相当する軸受１２０と、第２の軸受の状態を検知する第２のセンサに相当するセンサ４４と、通信回路４５Ａが送信したデータを中継し且つ第２のセンサが出力したデータを送信する中継回路４５とを含む中継機能付き軸受に相当する軸受１と、中継回路４５が送信したデータを外部の受信機１５０に中継する中継器１４５と、を備える。
【0099】
従って、軸受１Ａと軸受１とが軸受１２０の状態を個別にセンシングすることができる。また、軸受１が、軸受１Ａのセンシングに関するデータを受信し、このデータと軸受１のセンシングに関するデータを中継器１４５に送信する。つまり、軸受１によって軸受１Ａのデータを中継することができる。このため、中継器１４５と軸受１Ａとが直接通信することが困難であっても、軸受１と軸受１Ａとが通信可能であり、軸受１と中継器１４５とが通信可能な状態であればよい。従って、複数の軸受１２０が設けられる環境下における軸受１２０の配置条件をより緩和することができる。また、軸受１Ａに求められる電波ＷＶの出力強度に関する条件をより緩和することができる。また、中継器１４５によって、軸受１２０の状態を個別にセンシングした結果を外部から取得することができる。
【0100】
また、軸受１Ａ及び軸受１は、電波ＷＶを遮断する筐体の内側に設けられる。この筐体は、例えば図２、図３を参照して説明した筐体ＭＣＡ、筐体ＧＣＡの少なくともいずれか一方である。従って、軸受１Ａ及び軸受１が筐体の内側に設けられていても、軸受１Ａと軸受１の通信及び軸受１と中継器１４５の通信によって軸受１２０の状態を個別にセンシングした結果を外部から取得することができる。
【0101】
また、中継器１４５は、筐体の内側に露出する第１のアンテナに相当するアンテナ１４６と、筐体の外側に露出する第２のアンテナに相当するアンテナ１４７とを備える。従って、アンテナ１４６を介して軸受１と中継器１４５の通信をより確実に行うことができる。また、アンテナ１４７を介して中継器１４５と外部の受信機１５０の通信をより確実に行うことができる。
【0102】
また、軸受１Ａ及び軸受１は、発電部を備え、発電部は、Ｎ極３１ＮとＳ極３１Ｓとが並ぶ磁気トラック３１と、磁気トラック３１と対向する位置に配置されたコイル基板２０と、を有し、磁気トラック３１とコイル基板２０とは、相対的に回転可能に設けられる。
【0103】
従って、複数の軸受１２０を用いて回転可能に支持される構成を含む環境下で当該構成の回転を利用して磁気トラック３１とコイル基板２０とを相対的に回転させることで発電を行うことができる。これによって、発電部によって発電された電力を用いてセンサ４４、通信回路４５Ａ及び中継回路４５を動作させることができる。
【符号の説明】
【0104】
１ 軸受（中継機能付き軸受）
１Ａ 軸受（センサ付き軸受）
２０ コイル基板
３１ 磁気トラック
４４ センサ
４５ 中継回路
４５Ａ 通信回路
１２０ 軸受
１４５ 中継器
１４６，１４７ アンテナ
１５０ 受信機
２００ 無線通信システム
ＧＣＡ，ＭＣＡ 筐体
１Ａ 軸受（センサ付き軸受）
２０ コイル基板
３１ 磁気トラック
４４ センサ
４５ 中継回路
４５Ａ 通信回路
１２０ 軸受
１４５ 中継器
１４６，１４７ アンテナ
１５０ 受信機
２００ 無線通信システム
ＧＣＡ，ＭＣＡ 筐体
【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】
【図15】