JP2009144858A - Rolling bearing device with sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサ付き転がり軸受装置に関する。 The present invention relates to a rolling bearing device with a sensor.
従来、センサ付き転がり軸受装置としては、特開2007−127253号公報(特許文献1)に記載されている車輪用転がり軸受装置がある。 Conventionally, as a rolling bearing device with a sensor, there is a rolling bearing device for a wheel described in JP 2007-127253 A (Patent Document 1).
この車輪用転がり軸受装置は、インダクタンス型の変位センサを、軸方向に2列に配置し、車輪用転がり軸受装置の3つの並進荷重と、2つのモーメント荷重とを算出するようになっている。 In this wheel rolling bearing device, inductance-type displacement sensors are arranged in two rows in the axial direction, and three translational loads and two moment loads of the wheel rolling bearing device are calculated.
このような背景において、インダクタンス型の変位センサは、配置スペースが大きいから、車輪用転がり軸受装置の小型化を行いにくいという課題がある。
そこで、本発明の課題は、物理量(変位や、回転速度等)を検出するセンサを有すると共に、コンパクトなセンサ付き転がり軸受装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a compact rolling bearing device with a sensor, which has a sensor for detecting a physical quantity (displacement, rotational speed, etc.).
上記課題を解決するため、この発明のセンサ付き転がり軸受装置は、
外周面に軌道面を有する第1軌道部材と、
内周面に軌道面を有する第2軌道部材と、
上記第1軌道部材の上記軌道面と、上記第2軌道部材の上記軌道面との間に配置される複数の転動体と、
上記第1軌道部材が貫通している貫通穴を有する環状かつ平板状の第1部分と、この第1部分に交差する平板状の第2部分とを有する基板と、
上記第1部分に配置されると共に、上記第1軌道部材を全周に亘って取り巻くように配置された平面状の第1コイルと、
上記第2部分に配置された平面状の第2コイルと
を備えることを特徴としている。
In order to solve the above problems, a rolling bearing device with a sensor according to the present invention comprises:
A first track member having a track surface on the outer peripheral surface;
A second race member having a raceway surface on an inner peripheral surface;
A plurality of rolling elements disposed between the raceway surface of the first raceway member and the raceway surface of the second raceway member;
A substrate having an annular and flat plate-like first portion having a through-hole through which the first track member passes, and a flat plate-like second portion intersecting the first portion;
A planar first coil disposed in the first portion and disposed to surround the first track member over the entire circumference;
And a planar second coil disposed in the second portion.
上記第1軌道部材は、上記外周面に軌道面を有する部材と、この部材に移動不可に固定されている全ての部材からなるものとする。 The said 1st track member shall consist of a member which has a track surface in the said outer peripheral surface, and all the members fixed to this member so that a movement is impossible.
本発明によれば、平面状の第1コイルが配置された第1部分と、平面状の第2コイルが配置された第2部分とが、交差しているから、第1コイルと第2コイルが同一の板状部に形成されている場合と比較して、第1コイルが形成されている板状部の寸法を小さくすることができる。 According to the present invention, since the first portion where the planar first coil is disposed and the second portion where the planar second coil is disposed intersect, the first coil and the second coil Compared with the case where are formed in the same plate-like part, the dimension of the plate-like part in which the 1st coil is formed can be made small.
したがって、各仕様において、第1部分と第2部分との交差の角度を適切に設定し、かつ、上記基板を適切に配置することにより、センサ装置のうちで、上記基板、第1コイルおよび第2コイルからなる部分を、小スペースに配置できて、センサ付き転がり軸受装置のコンパクト化を実現することができる。 Therefore, in each specification, by appropriately setting the angle of intersection between the first portion and the second portion and appropriately arranging the substrate, the sensor device includes the substrate, the first coil, and the first coil. The part consisting of two coils can be arranged in a small space, and the compact rolling bearing device with sensor can be realized.
また、一実施形態では、
上記第1部分および上記第2部分の夫々は、樹脂からなり
上記第1コイルは、上記第1部分の内部に配置され、かつ、上記第2コイルは、上記第2部分の内部に配置されている。
In one embodiment,
Each of the first part and the second part is made of resin. The first coil is arranged inside the first part, and the second coil is arranged inside the second part. Yes.
上記実施形態によれば、上記第1コイルが、上記第1部分の内部に配置され、かつ、上記第2コイルが、上記第2部分の内部に配置されているから、第1および第2コイルの絶縁を確実に行うことができる。また、コイルと、埃等の異物との接触によるノイズが、発生することを防止できる。したがって、検出すべき物理量をより正確に検出することができる。 According to the embodiment, since the first coil is disposed inside the first part and the second coil is disposed inside the second part, the first and second coils are provided. Can be reliably insulated. Further, it is possible to prevent noise due to contact between the coil and a foreign substance such as dust. Therefore, the physical quantity to be detected can be detected more accurately.
本発明のセンサ付き転がり軸受装置によれば、平面状の第1コイルが配置された第1部分と、平面状の第2コイルが配置された第2部分とが、交差しているから、第1コイルと第2コイルが同一の板状部に形成されている場合と比較して、第1コイルが形成されている板状部の寸法を小さくすることができる。 According to the rolling bearing device with a sensor of the present invention, the first portion where the planar first coil is disposed and the second portion where the planar second coil is disposed intersect each other. Compared with the case where the 1 coil and the 2nd coil are formed in the same plate-shaped part, the dimension of the plate-shaped part in which the 1st coil is formed can be made small.
したがって、各仕様において、第1部分と第2部分との交差の角度を適切に設定し、かつ、上記基板を適切に配置することにより、センサ装置のうちで、上記基板、第1コイルおよび第2コイルからなる部分を、小スペースに配置できて、センサ付き転がり軸受装置のコンパクト化を実現することができる。 Therefore, in each specification, by appropriately setting the angle of intersection between the first portion and the second portion and appropriately arranging the substrate, the sensor device includes the substrate, the first coil, and the first coil. The part consisting of two coils can be arranged in a small space, and the compact rolling bearing device with sensor can be realized.
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態のセンサ付き転がり軸受装置である従動輪用の車両用転がり軸受装置(従動輪用のハブユニット)の軸方向の断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view in the axial direction of a vehicle rolling bearing device for a driven wheel (a hub unit for a driven wheel) which is a rolling bearing device with a sensor according to an embodiment of the present invention.
このセンサ付き転がり軸受装置は、内軸1と、内輪2と、第2軌道部材としての外輪3と、キャップ部材5と、転動体の一例としての複数の玉7と、ナット8と、センサ装置10とを備える。
This sensor-equipped rolling bearing device includes an inner shaft 1, an
上記内軸1は、小径軸部19と、中径軸部20と、大径軸部21とを有している。上記小径軸部19の外周面には、ネジが形成されている。上記中径軸部20は、小径軸部19に段部30を介して連なると共に、小径軸部19の外径よりも大きい外径を有している。上記大径軸部21は、中径軸部20の小径軸部19側とは反対側に位置している。上記大径軸部21は、中径軸部20に段部22を介して連なると共に、中径軸部20の外径よりも大きい外径を有している。上記大径軸部21の外周面は、紙面の右側に図示しない外周軌道面としてのアンギュラ型の軌道溝を有し、この軌道溝の外径は、中径軸部20から離れるにしたがって、大きくなっている。
The inner shaft 1 has a small diameter shaft portion 19, a medium
上記内軸1は、軸方向の大径軸部21側の端部(紙面の右側、図示せず)に、ブレーキディスクを取り付けるための、ブレーキディスク取付用のフランジを有している。
The inner shaft 1 has a brake disk mounting flange for mounting a brake disk at an end (on the right side of the drawing, not shown) on the large-
上記内輪2は、内軸1の中径軸部20の外周面に外嵌されて固定されている。上記内輪2の軸方向の大径軸部21側の端面は、上記段部22に当接している。上記内輪2は、その外周面の大径軸部21側に、外周軌道面としてのアンギュラ型の軌道溝27を有している。この軌道溝27の外径は、大径軸部22から離れるにしたがって、大きくなっている。
The
上記内輪2の軸方向の大径軸部21側の端面は、段部22に当接している。また、上記ナット8が、小径軸部19のネジに螺合している。上記内輪2の軸方向の大径軸部21側とは反対側の端面は、ナット8の軸方向の大径軸部21側の端面に当接している。上記ナット8を、軸方向の大径軸部21側に所定距離ネジ込むことにより、内輪2を、内軸1に確実に固定するようになっている。
The end surface of the
上記外輪3は、大径軸部21の径方向の外方に位置している。上記外輪3の内周面は、第1の内周軌道面としてのアンギュラ型の第1軌道溝28と、第2の内周軌道面としてのアンギュラ型の第2軌道溝(紙面の右側に存在、図示せず)とを有している。上記複数の玉7は、内輪2の軌道溝27と、外輪3の第1軌道溝28との間に、保持器29によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されている。また、図示しないが、玉7とは別の複数の玉が、紙面の右側において、内軸1の軌道溝と、外輪3の上記第2軌道溝との間に、保持器によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されている。
The outer ring 3 is located outward in the radial direction of the large-
上記キャップ部材5は、内軸1の軸方向の車輪接続側とは反対側の端部を覆っている。上記キャップ部材5は、環状の第1部材51と、環状の第2部材52とからなる。上記第1部材51は、小径筒部60と、径方向延在部61と、大径筒部62とからなり、小径筒部60は、径方向延在部61を介して大径筒部62に接続されている。上記小径筒部60は、外輪3の軸方向の車輪接続側とは反対側の端部の内周面に内嵌されて固定されている。また、上記径方向延在部61は、外輪3の上記端部の軸方向の端面に当接し、上記大径筒部62は、径方向延在部61の外径側の端部から軸方向の車輪接続側とは反対側に延在している。
The
上記第2部材52は、大径円筒部71と、この大径円筒部よりも径が小さい小径円筒部72と、第1径方向延在部73、第2径方向延在部74とを有し、大径円筒部71は、第1部材51の大径筒部62の内周面に内嵌されて固定されている。また、上記第1および第2径方向延在部73,74は、径方向に延在している。上記大径円筒部71は、小径円筒部72と第1径方向延在部73を介して接続されている。また、第2径方向延在部74は、小径円筒部72を介して第1径方向延在部73に接続されている。上記第2径方向延在部74は、第1径方向延在部71よりも径方向の内方に位置し、大径円筒部71は、小径円筒部72よりも軸方向の車輪接続側に位置している。
The
上記センサ装置10は、センサ本体50と、磁性体からなるターゲット部材51とを有し、センサ本体50は、ポリイミド樹脂製の基板80、第1コイルおよび第2コイルを有する。また、上記基板80は、環状かつ平板状の第1部分81、平板状の第2部分82および板状の第3部分83を有している。
The sensor device 10 includes a sensor
図1に示すように、上記第1部分81は、第1径方向延在部73の玉7側の端面に固着されている。また、上記第2部分82は、湾曲部を介して、第1部分81につながっている。上記第2部分82は、キャップ部材5の第2部材52の大径円筒部71の内周面に固着されている。また、上記第3部分83は、第2部分82の第1部分81側とは反対側の軸方向の端に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
上記第1コイルおよび第2コイルの夫々は、平面状の形状を有している。上記第1コイルは、第1部分81の内部に配置され、上記第2コイルは、第2部分82の内部に配置されている。上記第1コイルの延在方向は、第1部分81の延在方向に略一致し、第2コイルの延在方向は、第2部分82の延在方向に略一致している。図1に示すように、第1部分81と、第2部分82とは、略90度の角度で交差している。
Each of the first coil and the second coil has a planar shape. The first coil is disposed inside the
上記ターゲット部材51は、略筒状の形状を有している。上記ターゲット部材51の軸方向の一端部は、内輪2の円筒外周面における軸方向のナット8側の端部に圧入によって押しこまれている。上記ターゲット部材51の軸方向の一端部は、内輪2の外周面の一端部としての円筒外周面58に締まり嵌めにより外嵌されて固定されている。
The target member 51 has a substantially cylindrical shape. One end of the target member 51 in the axial direction is pressed into the end of the cylindrical outer peripheral surface of the
この明細書では、第1軌道部材は、外周に軌道面を有する部材、すなわち、内軸1および内輪2と、この内軸1および内輪2に移動不可に固定されている全ての部材から構成されており、内軸1、内輪2およびターゲット部材51の夫々は、第1軌道部材の一部を構成している。
In this specification, the first track member is composed of members having track surfaces on the outer periphery, that is, the inner shaft 1 and the
図2は、センサ本体50の第1および第2部分81,82の周辺を示す模式図である。尚、上記第1部分81および第2部分82は、図1より明らかなように、略直交するものであるが、コイル91の構造を分かり易くするために、図2では、便宜上直交していないように描かれている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the periphery of the first and
図2に示すように、第1部分81は、環状であり、貫通穴89を有する。上記平面状の第1コイル91は、第1部分81に配置されると共に、貫通穴89(ターゲット部材51(図1参照))を全周に亘って取り巻くように配置されている。また、上記平面状の第2コイル92は、第2部分82に渦巻き状に配置されている。
As shown in FIG. 2, the
図2に示すように、上記第2コイル92は、4つ存在し、4つの第2コイル92は、周方向に等間隔に配置されている。図示しない発振器(駆動回路)が、ケーブル93を介して第1コイル71に接続されている。
As shown in FIG. 2, there are four
上記発振器で、例えば、100KHzから10MHzまでの高周波電流が生成され、この高周波電流が、ケーブル93を介して第1コイル91に流れ込むようになっている。
For example, a high-frequency current from 100 KHz to 10 MHz is generated by the oscillator, and this high-frequency current flows into the
上記ターゲット部材51は、磁性体からなっているから、第1コイル91で生成された磁束が、ターゲット部材51を通過することになる。したがって、上記ターゲット部材51に荷重が作用して、上記ターゲット部材51が、ある第2コイル92に近づくと、第1コイル91が生成する高周波の磁場に基づいてその第2コイル92に発生する誘導起電力が大きくなる一方、ターゲット部材51に荷重が作用して、ターゲット部材51が、ある第2コイル92から遠ざかると、第1コイル91が生成する高周波の磁場に基づいてその第2コイル92に発生する誘導起電力が小さくなる。
Since the target member 51 is made of a magnetic material, the magnetic flux generated by the
したがって、この実施形態のように、上記ターゲット部材51が同一の磁性体で形成されている場合には、各第2コイル92が生成する誘導起電力を測定すれば、各第2コイル92とターゲット部材51との距離を測定できる。
Accordingly, when the target member 51 is formed of the same magnetic material as in this embodiment, if the induced electromotive force generated by each
また、例えば、上記第1コイルに径方向に対向するターゲット部材の部分が、周方向に交互に位置し、かつ、互いに透磁率が異なる二つの部分(第1部分および第2部分)で形成されている場合、または、周方向に歯車状に凹凸が繰り返されている場合には、第2コイルが生成する誘導起電力が、基板に対するスリンガの相対回転速度(第1軌道部材に対する第2軌道部材の相対回転速度)に依存する周期性を有する誘導起電力になり、この周期を検出することによって、第1軌道部材に対する第2軌道部材の回転速度を検出できる。 Further, for example, the portion of the target member that faces the first coil in the radial direction is formed of two portions (a first portion and a second portion) that are alternately positioned in the circumferential direction and have different magnetic permeability. Or when the irregularities are repeated in a gear shape in the circumferential direction, the induced electromotive force generated by the second coil is the relative rotational speed of the slinger with respect to the substrate (the second track member with respect to the first track member). The relative electromotive force of the second raceway member relative to the first raceway member can be detected by detecting the period.
上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置によれば、平面状の第1コイル91が配置された第1部分81と、平面状の第2コイル92が配置された第2部分92とが、交差しているから、第1コイルと第2コイルが同一の板状部に形成されている場合と比較して、第1コイルが形成されている第1部分81の延在方向の寸法を小さくすることができる。
According to the rolling bearing device with sensor of the above embodiment, the
したがって、本実施形態では、第1部分81が外輪3の径方向に延在していて、センサ本体50の径方向の寸法を低減できるから、センサ配置スペースの径方向の寸法が小さい場合、あるいは、センサ配置スペースの径方向の寸法を小さくしたとしても、センサ本体を容易に配置することができる。したがって、センサ付き転がり軸受装置のコンパクト化を実現することができる。
Therefore, in this embodiment, since the
また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置によれば、上記第1部分81および第2部分82の夫々が、樹脂からなり、第1コイル91が、第1部分81の内部に配置され、かつ、第2コイル92が、第2部分82の内部に配置されているから、第1および第2コイル91,92の絶縁を確実に行うことができる。また、コイル91,92と、埃等の異物との接触によるノイズが、発生することを防止することができるから、検出すべき物理量をより正確に検出することができる。
Moreover, according to the rolling bearing device with a sensor of the said embodiment, each of the said
尚、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、第2部分の第1部分とは反対側に第3部分を有していたが、この発明では、図3の模式図に示すように、基板180の第2部分182における第1部分181とは反対側に、第3部分が存在しなくても良い。尚、図3において、193は、高周波電流を第1コイルに供給する信号線を示している。
In the rolling bearing device with sensor of the above embodiment, the third portion is provided on the side opposite to the first portion of the second portion. However, in the present invention, as shown in the schematic diagram of FIG. The third portion may not exist on the opposite side of the 180
また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、第2コイル92が4つ存在していたが、この発明では、第2コイルは、4以外の如何なる自然数存在していても良い。
Moreover, in the rolling bearing device with a sensor of the said embodiment, the four
また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、ポリイミド樹脂製の基板80を使用したが、この発明では、絶縁性を有し、かつ、折り曲げ等が可能な柔軟性を有する樹脂であれば、如何なる樹脂でも、基板の材料として使用することができる。 Moreover, in the rolling bearing device with a sensor of the above embodiment, the polyimide resin substrate 80 is used. However, in the present invention, if the resin has insulation and flexibility such as bending, Any resin can be used as the substrate material.
また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、第1部分81と、第1部分82とが、略90°の角度をなして交差していたが、この発明では、第1部分と、第2部分とは、0°より大きくて180°未満の角度範囲内の如何なる角度に交差していても良く、上記実施形態のように、交差する角度は、略90°でなくても良い。
In the rolling bearing device with a sensor of the above embodiment, the
また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、センサ装置10で変位を検出するようにしたが、この発明では、第1コイルに径方向に対向する磁性体からなるターゲット部材の部分を、周方向に交互に位置し、かつ、互いに透磁率が異なる二つの部分(第1部分および第2部分)で形成するか、または、周方向に歯車状に凹凸が繰り返されている構成にしても良い。 Further, in the rolling bearing device with a sensor according to the above embodiment, the sensor device 10 detects the displacement. However, in the present invention, the portion of the target member made of a magnetic material that faces the first coil in the radial direction It may be formed by two portions (first portion and second portion) that are alternately located in the direction and have different magnetic permeability, or may have a configuration in which unevenness is repeated in a gear shape in the circumferential direction. .
この場合、第2コイルが生成する誘導起電力が、基板に対するスリンガの相対回転速度(第1軌道部材に対する第2軌道部材の相対回転速度)に依存する周期性を有する誘導起電力になるから、この周期を検出することによって、第1軌道部材に対する第2軌道部材の回転速度を検出できる。 In this case, the induced electromotive force generated by the second coil becomes an induced electromotive force having periodicity that depends on the relative rotation speed of the slinger with respect to the substrate (the relative rotation speed of the second track member with respect to the first track member). By detecting this period, the rotational speed of the second track member relative to the first track member can be detected.
また、上記実施形態では、センサ付き転がり軸受装置が、ハブユニットであったが、この発明のセンサ付き転がり軸受装置は、ハブユニットに限らず、例えば磁気軸受装置等のハブユニット以外の如何なる軸受装置であっても良い。上記実施形態で説明した本発明の構成を、複数のモーメント荷重や並進荷重を測定するニーズのある各種軸受装置に適用することができるのは、言うまでもないからである。 In the above embodiment, the sensor-equipped rolling bearing device is a hub unit. However, the sensor-equipped rolling bearing device is not limited to the hub unit, and any bearing device other than the hub unit such as a magnetic bearing device, for example. It may be. It is needless to say that the configuration of the present invention described in the above embodiment can be applied to various bearing devices having a need to measure a plurality of moment loads and translation loads.
また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受では、製造されるセンサ付き転がり軸受の転動体が玉であったが、この発明では、製造されるセンサ付き転がり軸受の転動体が、ころであっても良く、また、ころおよび玉を含んでいても良い。 Moreover, in the rolling bearing with a sensor of the said embodiment, although the rolling element of the rolling bearing with a sensor manufactured was a ball, in this invention, even if the rolling element of the rolling bearing with a sensor manufactured is a roller, It may also contain rollers and balls.
1 内軸
2 内輪
3 外輪
7 玉
10 センサ装置
80 基板
81 第1部分
82 第2部分
89 貫通穴
91 第1コイル
92 第2コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
内周面に軌道面を有する第2軌道部材と、
上記第1軌道部材の上記軌道面と、上記第2軌道部材の上記軌道面との間に配置される複数の転動体と、
上記第1軌道部材が貫通している貫通穴を有する環状かつ平板状の第1部分と、この第1部分に交差する平板状の第2部分とを有する基板と、
上記第1部分に配置されると共に、上記第1軌道部材を全周に亘って取り巻くように配置された平面状の第1コイルと、
上記第2部分に配置された平面状の第2コイルと
を備えることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。 A first track member having a track surface on the outer peripheral surface;
A second race member having a raceway surface on an inner peripheral surface;
A plurality of rolling elements disposed between the raceway surface of the first raceway member and the raceway surface of the second raceway member;
A substrate having an annular and flat plate-like first portion having a through-hole through which the first track member passes, and a flat plate-like second portion intersecting the first portion;
A planar first coil disposed in the first portion and disposed to surround the first track member over the entire circumference;
A rolling bearing device with a sensor, comprising: a planar second coil disposed in the second portion.
上記第1部分および上記第2部分の夫々は、樹脂からなり
上記第1コイルは、上記第1部分の内部に配置され、かつ、上記第2コイルは、上記第2部分の内部に配置されていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。 In the rolling bearing device with a sensor according to claim 1,
Each of the first part and the second part is made of resin. The first coil is arranged inside the first part, and the second coil is arranged inside the second part. A rolling bearing device with a sensor characterized by comprising:
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