JP2017010338A

JP2017010338A - 回転軸センサ読み取り装置

Info

Publication number: JP2017010338A
Application number: JP2015126139A
Authority: JP
Inventors: 輔鈴木; Tasuku Suzuki; 藤岡　孝芳; Takayoshi Fujioka; 孝芳藤岡
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2015-06-24
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2035-06-24
Also published as: JP6567892B2

Abstract

【課題】電磁ノイズに強く、高速回転を行っても安定したセンサの読み取りを可能とし、また、安定した電力伝送を行うことができる回転軸センサ読取装置を提供する。【解決手段】アンテナパターンを備え、回転軸１０１に対して固定された軸固定基板１０３と、軸固定基板１０３に接続され、回転軸１０１に設置されるセンサ測定部１０５と、軸固定基板１０３に対向する位置に配置され、回転軸１０１の外部に対して固定されたアンテナパターンを有する外部固定基板１０４と、を備える回転軸センサ読み取り装置であって、アンテナパターンを介して、軸固定基板１０３から外部固定基板１０４にセンサ測定部１０５で測定したセンサデータを伝送する。【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸に設置されたセンサからのデータを読み取る回転軸センサ読み取り装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００８−２４９０４６号公報（特許文献１）がある。この公報には、回転側と固定側の間で電力供給を非接触で行うことができて、回転停止時にも電力供給でき、回転側へ供給した電力は、センサ類等の種々の電源として利用できる電力伝送装置付車輪用軸受が記載されている（要約参照）。また、特開平１０−１２４７８７号公報がある。この公報にはスリップリング機構におけるノイズを小さくして、回転体の状態検出信号を正確、確実に得ることが記載されている。(要約参照)

特開２００８−２４９０４６号公報特開平１０−１２４７８７号公報

特許文献１では、センサ類等の種々の電源として利用できる電力伝送装置付車輪用軸受が記載されている。しかし、特許文献１の方法では、回転軸に直接センサを取り付けずに、遠隔測定する為、高い精度が求められないという課題がある。また、特許文献２では、低速域での状態検出を十分に行うことができる回転体の状態検出装置が記載されている。しかし、特許文献２ではロータによって重心が変化するため、高速回転による振動が発生し、安定しない。またスリップリンググ機構により、少なからず電磁ノイズにも影響されてしまい、安定した測定ができなくなる場合がある。

そこで本発明は、電磁ノイズに強く、高速回転を行っても安定したセンサの読み取りを可能とし、また、安定した電力伝送を行うことができる回転軸センサ読取装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は、アンテナパターンを備え、回転軸に対して固定された軸固定基板と、前記軸固定基板に接続され、前記回転軸に設置されるセンサ測定部と、前記軸固定基板に対向する位置に配置され、前記回転軸の外部に対して固定されたアンテナパターンを有する外部固定基板と、を備える回転軸センサ読み取り装置であって、前記アンテナパターンを介して、前記軸固定基板から前記外部固定基板に前記センサ測定部で測定したセンサデータを伝送する構成とする。

本発明によれば、ノイズに影響されず、安定したデータ転送又は電力伝送が可能である。

回転軸センサ読み取り装置の構成概略図である。軸固定基板と外部固定基板のアンテナループにおける発生電流図である。軸固定基板と外部固定基板の間で重なるコイルの面積図である。固定側と回転側の電力伝送及びデータ伝送の説明図である。軸固定基板における回転によって生じる遠心力を示す。

以下、実施例を図面を用いて説明する。本実施例では、外部固定された基板と、電動機等により回転される軸に垂直な中央に穴が開いた円形の基板とを並行に取り付け、当該基板2枚に定められたアンテナパターンと定められた配置場所に各種部品を配置することで、安定した電力伝送とデータ転送を可能とする方法の例を説明する。

図１は、本発明において回転軸センサ読み取り装置の構成概略図である。
回転軸センサ読み取り装置は回転軸１０１、軸固定基板１０３、外部固定基板１０４、回転軸１０１に取り付けられたセンサ測定部１０５で構成され、回転軸１０１には垂直な中央に穴が空いた円形の基板である軸固定基板１０３が取り付けられ、同様に、垂直な中央に穴が空いた円形の基板である前記外部固定基板１０４がそれぞれ取り付けられている。

軸固定基板１０３は、回転軸１０１に対して固定されているため、センサ測定部１０５とともに回転軸と一体となって回転する。外部固定基板１０４は、回転軸１０１との間には隙間があり、回転軸１０１の外部に固定されているため回転はしない。外部に対する固定方法は軸固定基板１０３との位置関係を平行に保つことができる限り限定されない。

取付られたセンサ測定部１０５の例としては、ひずみゲージ、温度計、断線検知ワイヤ等が考えられる。これにより、トルク、軸力、ひずみ、温度、破断有無等のデータの取得が可能となる。

軸固定基板１０３には、軸に垂直なドーナツ状の基板に対し、図のようにアンテナパターン１２１を配置し、点対称に同様のアンテナパターン１２１を配置する、また図のように定められた場所に各種電子部品１２２を点対称となるよう配置する。

外部固定基板１０４には、図のように前記アンテナパターン１２１を半円のドーナツ状に配置し、図のように定められた場所に各種電子部品１２２を配置することで、センサ測定部１０５で得られた測定データを、軸固定基板１０３に実装された電子部品にて受信し、そのデータを前記回転軸基板１０３のアンテナから軸固定基板のアンテナに無線で送信され、受信したデータを前記軸固定基板の電子部品に記録する。あるいは、電子部品を経由して外部へデータを伝送してもよい。

図２は図１の回転軸１０１が回転した時、各基板のアンテナパターンにて発生された電流の流れを表した図である。軸固定基板１０３と外部固定基板１０４に対し、図１のようにアンテナパターンを配置することで、磁力線は電流ループの中に生成される。また磁力線はそれを取り囲むループに電流を生じさせる為、軸中の磁力線によりアンテナに電流を生じさせることはなく、軸中の磁力線の影響を受けずに安定したデータ転送が可能となる。

図３は、回転時における軸固定基板１０３のアンテナ部分のコイルの面積と、外部固定基板１０４のアンテナ部分のコイル間の回転角度による面積の重なりを表した図である。図のように配置した場合は、軸固定基板のコイル面積３０１と、外部固定基板コイル面積３０２は、回転角度によらず、一定の面積でコイルが重なる為、貫く磁力線の数が変化せず、安定した測定データ及び電力伝送を行なうことが出来る。

図４は、固定側と回転側の電力伝送及びデータ伝送を説明する図である。外部固定基板には電源から電力が供給されており、外部固定基板１０４は当該電力を電磁誘導により軸固定基板１０３へ伝送を行う。軸固定基板では伝送された電力によりセンサ測定部からセンサデータを取得し、外部固定基板１０４へセンサ値を返す。これにより、軸固定基板が高速回転を行っている場合においても、電力及びデータの伝送を行うことができる。

図５は軸固定基板１０３にかかる回転時の遠心力の方向を表した図である。軸固定基板１０３における電子部品１２２の配置を、図のように重心のバランスが合うように点対称に定めることで、図のように軸の回転がされても基板の重心は軸の重心と一致する為、高速回転時でも安定する。

本実施例は回転軸１０１に対し、垂直な中央に穴が開いた円形の基板２枚を並行に取り付ける方法を用いたが、円形ではなく、他の形状、Ｃの字型の基板でも同様の効果を得ることが出来る。またアンテンパターンにおいても1周ではなく、同心円状の複数回のループ形状やうずまき形状においても同様の効果を得ることが出来る。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。

１０１回転軸
１０３軸固定基板
１０４外部固定基板
１０５センサ測定部
１２１アンテナパターン
１２２電子部品
３０１軸固定基板コイル面積
３０２外部固定基板コイル面積

Claims

アンテナパターンを備え、回転軸に対して固定された軸固定基板と、
前記軸固定基板に接続され、前記回転軸に設置されるセンサ測定部と、
前記軸固定基板に対向する位置に配置され、前記回転軸の外部に対して固定されたアンテナパターンを有する外部固定基板と、を備える回転軸センサ読み取り装置であって、
前記アンテナパターンを介して、前記軸固定基板から前記外部固定基板に前記センサ測定部で測定したセンサデータを伝送することを特徴とする回転軸センサ読み取り装置。
前記軸固定基板は、回転軸を囲むように固定され、前記軸固定基板のアンテナパターンは、回転軸の中心に対し点対称に配置されることを特徴とする請求項１に記載の回転軸センサ読み取り装置。
前記アンテナパターンを介して、前記外部固定基板から前記軸固定基板に電力を伝送することを特徴とする請求項１に記載の回転軸センサ読み取り装置。
前記軸固定基板のアンテナパターンと対向する前記外部固定基板のアンテナパターンの重なる面積は、前記回転軸の回転時において一定となることを特徴とする請求項１に記載の回転軸センサ読み取り装置。
前記軸固定基板には、電子部品が複数個配置され、当該電子部品は回転軸の中心に対し点対称に配置されることを特徴とする請求項２に記載の回転軸センサ読み取り装置。