CN101395456A - 用于旋转机器的状态测量设备 - Google Patents

Abstract

在编码器4的内半部分和外半部分中，设置具有彼此不同的特征边界倾斜方向的第一特征变化部分9和第二特征变化部分10。一对传感器6a₁(6b₁、6c₁)和6a₂(6b₂、6c₂)的检测部分与两个特征变化部分9和10的三个圆周位置相对。操作器具有根据传感器6a₁、6a₂、6b₁、6b₂、6c₁和6c₂的输出信号中的相位差，计算位移x、y、z和倾斜Φ_x、Φ_z的功能。

Description

用于旋转机器的状态测量设备

技术领域

根据本发明的用于旋转机器的状态测量设备用于测量构成诸如滚动轴承单元的旋转机器的静止部件和旋转部件之间的状态，即，该两种部件之间的相对位移，或施加在该两种部件之间的外力(载荷、力矩)。此外，所得状态用于保障诸如汽车的车辆的驱动稳定性。

背景技术

汽车的轮子通过诸如双排角滚动轴承单元的滚动轴承单元而可旋转地支撑到悬架装置。为了保障汽车的驱动稳定性，已经使用如在非专利文献1中描述的诸如防抱死制动系统(ABS)、牵引力控制系统(TCS)以及电子车辆稳定控制系统(ESC)的车辆驱动稳定装置。为了控制这些各种各样的车辆驱动稳定装置，表示沿着每个方向施加在车身的旋转速度、加速度等是必要的。为了更精确地控制它们，可以优选知道通过车轮施加在滚动轴承单元上的载荷(例如，径向和轴向载荷其中之一或两者)的量级。

考虑到这些情况，在专利文献1中，公开了与滚动轴承单元相关的发明，该滚动轴承单元包括用于根据构成滚动轴承单元的双排滚珠的公转速度，来测量施加在该滚动轴承单元上的径向载荷和轴向载荷的状态测量装置，所述的滚动轴承单元是双排角滚动轴承单元。在包括专利文献1所描述的状态测量装置的滚动轴承单元中，获得两排滚珠的公转速度作为保持滚珠的一对保持架的公转速度，并且根据两排滚珠的公转速度来计算径向载荷和轴向载荷。在这种现有结构的情况下，由于在滚珠的滚动表面和两个保持架的槽的内表面之间不可避免地存在间隙，在两排滚珠的公转速度和两个保持架的公转速度之间可能发生微小的变动。为此，为了精确地获得径向载荷和轴向载荷，还有改进的余地。

虽然没有公开，但是发明了包括利用特殊编码器的状态测量装置的滚动轴承单元(例如，日本未审查专利申请2005-147642号)，作为能够防止由于前述的不可避免的变动引起的测量精度变差的结构，并且它正在研制中。图10至图12示出这种包括利用特殊的编码器的状态测量装置的滚动轴承单元的实例。在先前发明的包括状态测量装置的滚动轴承单元中，用作与在使用时被支撑并固定的车轮一起旋转的旋转滚道环的轮毂2通过多个滚动元件3和3可旋转地支撑在外环1的内侧，用作静止滚道环的外环1即便在使用时也不转动。通过彼此相对的接触角(在图中，后表面组合型)预压力施加于滚动元件3和3。在所示实例中，滚珠用作滚动元件3。但是，在汽车轴承单元的情况下，使用带锥度的滚柱代替滚珠。

在轮毂2的内端(在轴向的“内”是指在安装在车辆上的状态下车辆的宽度方向中心位置，在图1、3、5、6、7、8和10中是右侧。相反，在轴向的“外”是指在安装在车辆上的状态下车辆的宽度方向外侧，在图1、3、5、7、8和10中是左侧。相同情况适用于整篇说明书)，圆柱形编码器4被固定成与轮毂2同心。一对传感器6a₁和6a₂被支撑在具有封闭外环1的内端开口的底部的圆柱形盖子5中，用于传感器6a₁和6a₂两者的检测器靠近其为编码器4的检测表面的外圆周表面并且与该外圆周表面相对。

编码器4用磁性金属片制造。用作编码器4的检测表面的该外圆周表面的前半部分(轴内半部分)、通孔7和7(第一特征部件)和圆柱部分8和8(第二特征部件)沿着圆周方向交替并且等距离设置。通孔7和7以及圆柱部分8和8之间的边界(boundary)朝着编码器4的轴向倾斜相同的角度，并且朝着轴向的倾斜方向对于其为编码器4的轴向中心的边界是相反的。因此，通孔7和7和圆柱部分8和8的轴向中心具有沿着圆周方向的最大凸出的“∧”形状(或“<”形状)。在检测表面上具有不同的边界的倾斜方向的轴向外半部分和轴向内半部分中，轴向外半部分是第一特征的变化部分9，而轴向内半部分是第二特征的变化部分10。如图所示，构成两个特征变化部分9和10的通孔可以彼此连续地形成，并且可以彼此独立地形成。即便检测精度较低，仅仅两个特征变化部分9和10任何一个特征变化部分的边界对轴向可以是倾斜的，而另一个特征变化部分的边界可以平行于轴向制造。

传感器对6a₁和6a₂中的每一个包括永久磁铁和构成检测部分的诸如霍尔IC、霍尔元件、MR元件以及GMR元件的磁检测元件。传感器6a₁和6a₂两者支撑并固定于盖子5中，一个传感器6a₁的检测部分靠近第一特征变化部分9并且与其相对，而另一个传感器6a₂的检测部分靠近第二特征变化部分10并且与其相对。两个传感器6a₁和6a₂在相对于编码器4的圆周方向的相同位置上与两个特征变化部分9和10相对。在轴向载荷不施加在外环1和轮毂2之间的情况下，两个部件的位置被限制为使得在圆周方向中的最大的凸出部分(边界的倾斜方向在其处变化的部分)在通孔7和7和圆柱部分8和8的轴向中心，沿着圆周方向位于在两个传感器6a₁和6a₂之间的中心。

在包括如上所述构造的状态测量装置的滚动轴承单元的情况下，当轴向载荷施加在外环1和轮毂2之间时(外环1和轮毂2沿着轴向具有相对位移)，相位彼此偏移，其中两个传感器6a₁和6a₂的输出信号变化。也就是说，在轴向载荷不施加在外环1和轮毂2之间的中间状态下，两个传感器6a₁和6a₂的检测部分与图12A所示的实线A-A相对，即，与从最大凸出部分沿着轴向偏移相同距离的部分相对。因此，两个传感器6a₁和6a₂的输出信号的相位彼此一致，如图12C所示。

相反，当在图12A中向下的轴向载荷施加于编码器4固定在其上的轮毂2时，两个传感器6a₁和6a₂的检测部分与图12A所示的虚线B-B相对，即，与其中从最大凸出部分沿着轴向偏移是彼此不同的部分相对。在这种状态下，两个传感器6a₁和6a₂的输出信号的相位彼此偏移，如图12B所示。在图12中，当向上的轴向载荷施加于编码器4固定在其上的轮毂2时，两个传感器6a₁和6a₂的检测部分与图12A所示的点划线C-C相对，即，与其中从最大凸出部分沿着轴向偏移是相反地彼此不同的部分相对。在这种状态下，两个传感器6a₁和6a₂的输出信号的相位彼此偏移，如图12D所示。

如上所述，在先前发明的结构的情况下，两个传感器6a₁和6a₂的输出信号的相位沿着其中轴向载荷施加于外环1和轮毂2之间这样的方向(外环1和轮毂2沿着轴向相对位移的方向)彼此偏移。当轴向载荷(相对位移)变大时，两个传感器6a₁和6a₂的输出信号的相位由于轴向载荷(相对位移)彼此进一步偏移。因此，当两个传感器6a₁和6a₂的输出信号的相位偏移时，能够获得外环1和轮毂2的沿着轴向的相对位移的方向和大小，以根据偏移的方向和大小而获得施加在外环1和轮毂2之间的轴向载荷的方向和大小。根据两个传感器6a₁和6a₂的输出信号的相位差，由操作器13计算相对位移和载荷。为此，经过理论计算或实验在先检查过的相位差与轴向相对位移和载荷的关系以诸如公式或映射的方式输入操作器13中。

在如上所述的在先发明的结构的情况下，编码器用金属板制造，形成在编码器的检测表面上的第一特征部分由通孔构成，而第二特征部分由圆柱部分构成。此外，编码器可以用永久磁铁制造，形成在编码器的检测表面上的第一特征部分可以是被磁化成N极的部分，而第二特征部分可以是被磁化成S极的部分。利用这种结构，由于编码器用永久磁铁制造，因此不需要将永久磁铁安装在一对传感器上。编码器可以形成为轮子形状，编码器的轴向侧可以用作检测表面，并且在检测部分直径地偏移的情况下，一对传感器的检测部分可以与检测表面相对。在这种情况下，能够获得外环1和轮毂2沿着径向的位移，并且还获得施加在外环1和轮毂2之间的径向载荷。

在控制诸如ABS、TCS和ESC的前述车辆驱动稳定装置中，在前述的轴向载荷(位移)和径向载荷(位移)的两种载荷(位移)被用作控制信息的情况下，与其任何一种载荷(位移)用作控制信息的情况相比，能够进行更高精度的控制。当在除了两种载荷(位移)之外，施加在外环1和轮毂2之间的转矩(在外环1和轮毂2的中心轴线之间的倾斜)被用作控制信息时，能够获得更高的控制精度。为此，优选利用能够测量诸如轴向载荷(位移)、径向载荷(位移)和转矩(倾斜)这三种状态的结构。

作为用于实现这种结构的方法，例如，有一种方法，其中将三种状态测量装置安装在滚动轴承单元上，例如包括用于测量轴向载荷(位移)的编码器的状态测量装置，包括用于测量径向载荷(位移)的编码器的状态测量装置，以及包括用于测量转矩(倾斜)的编码器的状态测量装置。但是，当采用其中与被测量的状态的种类数(3)一样多的状态测量装置安装在滚动轴承单元上的方法时，所用的状态测量装置的成本增加，并且根据任何滚动轴承单元(例如用于尺寸小的车辆的滚动轴承单元)安装所有状态测量装置的空间不能保障，所述状态测量装置每个包括一个编码器。

同时，作为在某种程度上能够解决这种问题的发明，在日本专利申请2005-147642中，描述了一种利用一个编码器，能够测量轴向载荷(位移)和转矩(倾斜)两种状态的状态测量装置。虽然还没有公开，但是在日本专利申请2006-115302中也描述了一种利用一个编码器能够测量轴向载荷(位移)和径向载荷(位移)两种状态的状态测量装置。当使用这些状态测量装置(利用在先发明的装置，能够测量三种状态中的两种)时，用于测量三种状态的编码器(包括状态测量装置)的数目能够从三个减少到两个。为此，前述的问题能够被解决到这种程度。但是为了进一步彻底地解决该问题，希望实现利用一个编码器能够测量三种状态的状态测量装置。

专利文献1：日本未审查专利申请公开2005-31063号。

非专利文献1：“Best Car Supplement Volume Entitled Red BadgeSeries/Book Presenting Automotive Latest Mechanism”由MotooAOYAMA编写，p138 and 139，p146 to 149，Sansuisha Co.，Ltd./Kodansha Ltd.，December 20，2000。

发明内容

本发明要解决的问题

为了解决前述问题，本发明提供一种用于旋转机器的状态测量装置，以实现利用一个编码器能够测量三种状态的结构。

用于解决该问题的装置

利用下述装置解决前述问题。即，根据本发明的第一方面，提供一种用于旋转机器的状态测量设备。该设备包括：旋转机器，其包括：在使用状态下不旋转的静止部件，和可旋转地支撑于该静止部件的旋转部件；以及状态测量装置，其包括：与所述旋转部件或与所述旋转部件一起旋转的部件同心地设置的编码器；支撑并固定于静止部件的传感器装置，以及操作器。编码器具有设置在编码器的圆周表面上的检测表面；以及沿着圆周方向以等距离交替地设置在检测表面上的第一特征变化部分和第二特征变化部分。所述第一特征变化部分和第二特征变化部分的特征沿着圆周方向以等间距交替地变化，并且与另一个特征变化部分的特征变化的相位不同，第一特征变化部分和第二特征变化部分的至少一个特征变化的相位沿着轴向逐渐变化。所述传感器装置包括三个或更多个传感器，用于响应于检测部分与其相对的部分的特征的变化而改变输出信号，在这些传感器中，一个传感器的检测部分与第一特征变化部分相对，另一个传感器的检测部分与第二特征部分相对，并且再一个传感器的检测部分与一部分相对，该部分与在第一特征变化部分和第二特征变化部分中其他传感器的检测部分相对的部分不重叠。所述操作器具有根据传感器的输出信号之间的相位差(或相位差比率(＝相位差/一个周期))的至少两个相位差(或相位差比率)，沿着两个或更多个方向，计算编码器相对于静止部件的位移和倾斜的功能。

作为分离的部件，可以使用连接并固定于构成用于支撑轮子的滚动轴承单元的轮毂的转子或接头。

根据本发明的第二方面，在用于根据本发明的第一方面的旋转机器的状态测量设备中，所述传感器装置包括三个传感器组，每个传感器组包括一对传感器，构成每个传感器组的该对传感器的一个传感器的检测部分与第一特征变化部分的圆周位置彼此不同的部分相对，而另一个传感器的检测部分与在第二特征变化部分中的圆周部分彼此不同的部分相对。当由彼此正交的x轴、y轴和z轴构成的三维直角坐标的y轴与静止部件的中心轴线重合时，操作器具有根据在选自这些传感器的每两个传感器的五种组合中的两个传感器的输出信号之间的五个相位差，计算编码器相对于静止部件的沿着x轴方向的位移x、沿着y轴方向的位移y以及沿着z方向的位移z、x轴圆周倾斜Φx和z轴圆周倾斜Φz的功能。

根据本发明的第三方面，在用于根据本发明的第二方面的旋转机器的状态测量设备中，所述每两个传感器的五种组合包括构成彼此相同的传感器组的每两个传感器的三种组合，和构成彼此不同的传感器组的每两个传感器的两种组合。

根据本发明的第四方面，在用于根据本发明的第二方面的旋转机器的状态测量设备中，构成每个传感器组的一个传感器的检测部分和另一个传感器的检测部分沿着圆周方向在相同的位置上，并且分别与第一特征变化部分和第二特征变化部分相对。

根据本发明的第五方面，在用于根据本发明的第二方面的旋转机器的状态测量设备中，构成每个传感器组的一个传感器的检测部分与第一特征变化部分的圆周等距离位置相对，而另一个传感器的检测部分与第二特征变化部分的圆周等距离位置相对。

根据本发明的第六方面，在用于根据本发明的第一方面的旋转机器的状态测量设备中，第一特征变化部分和第二特征变化部分的另一个特征变化部分的特征变化的相位沿着轴向不变化。

根据本发明的第七方面，在用于根据本发明的第一方面的旋转机器的状态测量设备中，操作器具有根据由该操作器计算的编码器相对于静止部件的位移(例如，x、y、z)和倾斜(例如，Φx、Φz)，计算施加在静止部件和旋转部件之间的外力(例如，x轴载荷Fx、y轴载荷Fy、z轴载荷Fz、x轴圆周转矩Mx、z轴圆周转矩Mz)的功能。

根据本发明的第八方面，在用于根据本发明的第七方面的旋转机器的状态测量设备中，所述操作器具有根据由该操作器计算的编码器相对于静止部件的位移和倾斜，计算旋转部件沿着轴向(y轴方向)在静止部件的预定位置的径向位移(在x平面中的位移)的功能，和根据该径向位移，计算沿着与该径向位移相同的方向施加在静止部件和旋转部件之间的径向载荷的功能。

根据本发明的第九方面，在用于根据本发明的第八方面的旋转机器的状态测量设备中，沿着与用于计算的径向位移相同的方向，旋转机器的弹性中心的轴向位置是沿着该轴向的静止部件的预定位置。

根据本发明的第十方面，在用于根据本发明的第八方面的旋转机器的状态测量设备中，在只有转矩施加在静止部件和旋转部件之间的时候，旋转部件的径向位移为0的轴向位置是沿着轴向的静止部件的预定位置。

根据本发明的第十一方面，在用于根据本发明的第八方面的旋转机器的状态测量设备中，在沿着与用于计算的径向位移相同的方向上的旋转机器的弹性中心的轴向位置和在只有转矩施加在静止部件和旋转部件之间的时候旋转部件的径向位移为0的轴向位置之间的任何轴向位置，是沿着轴向的静止部件的预定位置。

根据本发明的第十二方面，在用于根据本发明的第七方面的旋转机器的状态测量设备中，根据在由操作器计算的编码器相对于静止部件的位移或倾斜中的、或者在根据该位移或倾斜计算的施加于静止部件和旋转部件之间的外力中的、沿着不同于用于计算的径向位移的方向中的分量，操作器校正沿着轴向的旋转部件的预定位置。

根据本发明的第十三方面，在用于根据本发明的第一方面的旋转机器的状态测量设备中，旋转机器是滚动轴承单元。该滚动轴承单元包括：其为静止部件的静止滚道环；其为旋转部件的旋转滚道环；以及设置在该静止滚道环和旋转滚道环之间的多个滚动元件。

根据本发明第十四方面，在用于根据本发明的第十三方面的旋转机器的状态测量设备中，滚动轴承单元是用于支撑汽车轮子的轮毂单元，静止滚道单元在使用状态下被支撑于汽车的悬架装置，而轮子连接并固定于其为旋转滚道环的轮毂。

本发明的优点

根据用于如上所述的本发明的旋转机器的状态测量设备，通过仅仅利用一个编码器，能够获得相对于静止部件的编码器2的两个或更多个方向位移或倾斜(例如，在本发明的第二方面中所描述的发明的情况下，全部三种轴向位移(y)、径向位移(x、y)以及倾斜(Φx、Φz)的五种状态)。为此，能够充分地减少用于计算这两种或更多方向位移或倾斜的状态测量设备的成本。此外，能够充分地减小状态测量设备的尺寸。因此，即便当在旋转机器中没有很宽的空间时，也能够很容易在旋转机器中设置状态测量设备。

当利用在本发明的第六方面描述的结构时，能够减少在利用相位差(或相位差比率)计算两个或更多个方向位移或倾斜的时候的计算量。为此，以更接近于实时的状态，能够计算两个或更多个方向位移或倾斜。

当利用在本发明的第七方面描述的结构时，能够通过利用一个编码器，计算施加于静止部件和旋转部件之间的外力(例如，三种载荷和两种转矩中的两种：轴向载荷Fy、径向载荷(Fx、Fz)以及转矩Mx、Mz)。

具体说，在本发明的第二或第七方面中描述的发明情况下，由于能够获得两个方向(x方向、z方向)的径向位移(x、z)和彼此正交的径向载荷(Fx、Fz)，通过利用这些分量，能够容易地计算在x-z平面内的其他方向的径向位移和径向载荷。类似地，在本发明的情况下，由于能够获得两个轴(x轴、z轴)圆周倾斜(Φx、Φz)和彼此正交的转矩(Mx、Mz)，因此通过利用这些分量能够容易地计算另一个轴的圆周倾斜和在x-z平面内的转矩。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的第一个实例的剖视图；

图2是示出从直径外侧观察的编码器的检测表面的一部分的视图；

图3是示出根据本发明的实施例的第一个实例的示意图；

图4是示出传感器的圆周位置的视图；

图5是示出将径向载荷Fz施加到偏离轴承原点O的y轴位置的状态的示意图；

图6是示出通过对轴承原点O的y轴位置施加径向载荷Fz，一对轴承排A和B的弹性彼此不同的状态的示意图；

图7是示出用于读出z轴径向位移的最佳y轴位置的示意图；

图8是示出与径向载荷Fz一起施加转矩Mx的状态的示意图；

图9是与图2相同的视图，示出根据本发明的实施例的第二个实例；

图10是示出包括根据在先发明的状态测量装置的滚动轴承单元的实例的剖视图；

图11是示出从直径外侧观察的编码器的检测表面的一部分的视图；

图12A至12D是示出一对传感器的输出信号基于轴向载荷而变化的状态的示意图。

附图标记和符号的说明

1：外环

2：轮毂

3：滚动元件

4：、4a：编码器

5：盖子

6a₁、6a₂、6b₁、6b₂、6c₁、6c₂：传感器

7、7a、7b：通孔

8、8a、8b：圆柱部分

9、9a：第一特征变化部分

10、10a：第二特征变化部分

11：滚动轴承单元

12：状态测量装置

13：操作器

具体实施方式

第一个实施例

图1至图8示出根据本发明的实施例，对应于第一方面至第五方面和第七方面只第十四方面的第一个实例。用于本实例的滚动轴承单元的状态测量设备通过将状态测量装置12安装在支撑其为滚动机器的滚动轴承单元11的车轮上构成。由于滚动轴承单元11具有与图10所示的在先发明的结构相同的结构，相同的附图标记给予相同的部件，并且其描述被省去。在本实例中，在由彼此正交的x轴、y轴和z轴构成的三维坐标的情况下，用作构成滚动轴承单元11的静止滚道环的外环1的中线轴线(水平轴线)被设置为y轴，竖直轴线被设置为z轴，而前和后轴线被设置为x轴，这些轴线用于下面的说明。

状态测量装置12包括一个向外安装并固定于用作构成滚动轴承单元11的旋转滚道环的轮毂2的内端的编码器4、支撑并固定于与外环1的内端开口连接的盖子5的六个传感器6a₁、6a₂、6b₁、6b₂、6c₁和6c₂、以及操作器13。由于编码器4具有与图10至图12中所示的在先发明的结构相同的结构，相同的附图标记给予相同的部件，并且其重复的描述被省去。这六个传感器6a₁、6a₂、6b₁、6b₂、6c₁和6c₂每个包括永久磁铁和磁检测元件，例如，构成检测部分的霍尔IC、霍尔元件、MR元件以及GMR元件。这六个传感器6a₁、6a₂、6b₁、6b₂、6c₁和6c₂在编码器4的外圆周表面内端附近，两个两地设置在与圆周等距离三个位置相对的位置，编码器4的外圆周表面是检测表面。具体说，当如图4所示设置圆周位置(角)θ时，构成第一传感器组的两个传感器6a₁和6a₂设置在θ＝0°的位置，构成第二传感器组的两个传感器6b₁和6b₂设置在θ＝120°的位置，构成第三传感器组的两个传感器6c₁和6c₂设置在θ＝240°的位置。

构成每个传感器组的每两个传感器组的传感器6a₁、6b₁和6c₁的检测部分与第一特征变化部分9相对，该第一特征变化部分9是检测表面的轴向外半部分，而其他传感器6a₂、6b₂和6c₂的检测部分与第二特征变化部分10相对，该第二特征变化部分10是检测表面的轴向内外半部分。也就是说，在外环1和轮毂2处于中间状态(neutral state)(其中心轴线彼此一致并且没有轴向位移的状态)的情况下，传感器6a1、6a₂、6b₁、6b₂、6c₁和6c₂的检测部分与第一特征变化部分9或第二特征变化部分10的宽度方向中间相对。在不施加外力的状态下，一对传感器6a₁(6b₁、6c₁)和6a₂(6b₂、6c₂)的检测部分与两个特征变化部分9和10相对的圆周位置(角)θ彼此重合。因此，在本实例的情况下，构成同一传感器组的一对传感器6a₁(6b₁、6c₁)和6a₂(6b₂、6c₂)的输出信号之间的初始相位差变成0。在本实例中，两个特征变化部分9和10之间的特征变化的间距(pitch)(在一个周期中的圆周长度)P被限定，使得构成不同传感器组的传感器(存在于不同的圆周位置θ)之间的初始相位差变成0。

在如上所述构造的本实例的情况下，外力通过车轮而施加于滚动轴承单元11，因此外环1(传感器6a₁、6a₂、6b₁、6b₂、6c₁和6c₂的检测部分)和轮毂2(编码器4的检测表面)之间的位置关系偏离，因而改变传感器6a₁、6a₂、6b₁、6b₂、6c₁和6c₂的输出信号的相位。在这种情况下，传感器6a₁、6a₂、6b₁、6b₂、6c₁和6c₂的输出信号的相位的变化量(磁相位差)由磁相位差比率(磁相位差/一个周期)表示。具体说，在构成每个传感器组的一对传感器6a₁(6b₁、6c₁)和6a₂(6b₂、6c₂)中，相对于设置在轴向外侧的一个传感器6a₁(6b₁、6c₁)的磁相位差比率用ε_out(θ)(θ＝0°、120°、240°)表示，相对于另一个传感器6a₂(6b₂、6c₂)的磁相位差比率用ε_in(θ)(θ＝0°、120°、240°)表示。此外，编码器4相对于外环1的x轴位移用x表示，y轴位移用y表示，z轴位移用z表示，x轴倾斜用Φx，z轴倾斜用Φz表示。

下面的等式关系1和2在磁相位差比率ε_out(θ)和ε_in(θ)；位移x、y和z；以及倾斜Φx和Φz中满足。

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(\mathrm{\&theta;}\right)=-\frac{1}{P}\cos \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;x-\frac{\tan \mathrm{\&alpha;}}{P}\&CenterDot;y+\frac{1}{P}\sin \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;z$

$-(R\cos \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;\frac{\tan \mathrm{\&alpha;}}{P}+\frac{\mathrm{\&delta;}}{P}\sin \mathrm{\&theta;})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x-(R\sin \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;\frac{\tan \mathrm{\&alpha;}}{P}-\frac{\mathrm{\&delta;}}{P}\cos \mathrm{\&theta;})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z$

                                            -----(1)

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\&theta;}\right)=-\frac{1}{P}\cos \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;x+\frac{\tan \mathrm{\&alpha;}}{P}\&CenterDot;y+\frac{1}{P}\sin \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;z$

$+(R\cos \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;\frac{\tan \mathrm{\&alpha;}}{P}+\frac{\mathrm{\&delta;}}{P}\sin \mathrm{\&theta;})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x+(R\sin \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;\frac{\tan \mathrm{\&alpha;}}{P}-\frac{\mathrm{\&delta;}}{P}\cos \mathrm{\&theta;})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z$

                                       -----(2)

等式1和2右侧的符号具有下面的含义。

P：第一特征变化部分9和第二特征变化部分和10的特征变化的间距(一个周期的圆周长度)。

α：在第一特征变化部分9和第二特征变化部分和10之间的特征界限中对轴向的倾斜角度。在本实例中α＝45°。

R：第一特征变化部分和第二特征变化部分9和10(检测表面)的半径。

δ：在构成每个传感器组的一对传感器6a₁(6b₁、6c₁)和6a₂(6b₂、6c₂)的检测部分的中心之间的轴向距离(2δ)的二分之一。

0040

当将θ＝0、α＝45°分别赋予等式1和2时，得到构成第一传感器组的传感器6a₁和6a₂中的磁相位差比率ε_out(0)和ε_in(0)如下。

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)=-\frac{1}{P}\&CenterDot;x-\frac{1}{P}\&CenterDot;y-\frac{R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x+\frac{\mathrm{\&delta;}}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z-----\left(3\right)$

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(0\right)=-\frac{1}{P}\&CenterDot;x+\frac{1}{P}\&CenterDot;y+\frac{R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x-\frac{\mathrm{\&delta;}}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z-----\left(4\right)$

此外，当将θ＝120°、α＝45°分别赋予等式1和2时，得到关于构成第二传感器组的传感器6b₁和6b₂的磁相位差比率ε_out(120)和ε_in(120)如下。

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(120\right)=+\frac{0.5}{P}\&CenterDot;x-\frac{1}{P}\&CenterDot;y+\frac{0.866}{P}\&CenterDot;z$

$+(\frac{0.5\&CenterDot;R}{P}-\frac{0.866\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}}{P})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x-(\frac{0.866\&CenterDot;R}{P}+\frac{0.5\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}}{P})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z$

                                    -----(5)

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(120\right)=+\frac{0.5}{P}\&CenterDot;x+\frac{1}{P}\&CenterDot;y+\frac{0.866}{P}\&CenterDot;z$

$-(\frac{0.5\&CenterDot;R}{P}-\frac{0.866\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}}{P})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x+(\frac{0.866\&CenterDot;R}{P}+\frac{0.5\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}}{P})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z$

                                     -----(6)

此外，当将θ＝240°、α＝45°分别赋予等式1和2时，得到关于构成第三传感器组的传感器6c₁和6c₂中的磁相位差比率ε_out(240)和ε_in(240)如下。

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(240\right)=+\frac{0.5}{P}\&CenterDot;x-\frac{1}{P}\&CenterDot;y-\frac{0.866}{P}\&CenterDot;z$

$+(\frac{0.5\&CenterDot;R}{P}+\frac{0.866\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}}{P})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x+(\frac{0.866\&CenterDot;R}{P}-\frac{0.5\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}}{P})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z$

                                      -----(7)

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(240\right)=+\frac{0.5}{P}\&CenterDot;x+\frac{1}{P}\&CenterDot;y-\frac{0.866}{P}\&CenterDot;z$

$-(\frac{0.5\&CenterDot;R}{P}+\frac{0.866\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}}{P})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x-(\frac{0.866\&CenterDot;R}{P}-\frac{0.5\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}}{P})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z$

                                      -----(8)

因此，当构成第一传感器组的一对传感器6a₁和6a₂的输出信号之间的相位差(相互相位差)用相互相位差比率(相互相位差/一个周期)表示时，得到下面的等式。

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(0\right){-\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)=+\frac{2}{P}\&CenterDot;y+\frac{2\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x-\frac{2\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z-----\left(9\right)$

此外，当构成第二传感器组的一对传感器6b₁和6b₂的输出信号之间的相位差(相互相位差)用相位差比率表示时，得到下面的等式。

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(120\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(120\right)=+\frac{2}{P}\&CenterDot;y$

$-(\frac{1.0\&CenterDot;R}{P}-\frac{1.732\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}}{P})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x+(\frac{1.732\&CenterDot;R}{P}+\frac{1.0\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}}{P})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z$

                               -----(10)

此外，当构成第三传感器组的一对传感器6c₁和6c₂的输出信号之间的相位差(相互相位差)用相位差比率表示，得到下面的等式。

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(240\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(240\right)=+\frac{2}{P}\&CenterDot;y$

$-(\frac{1.0\&CenterDot;R}{P}+\frac{1.732\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}}{P})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x-(\frac{1.732\&CenterDot;R}{P}-\frac{1.0\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}}{P})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z$

                               ------(11)

在这种情况下，构成不同传感器组(存在于不同的圆周位置θ)的两个传感器之间的两种相位差(相互相位差)分别用相互相位差表示。在这里采用的两个传感器之间的两种相位差可以是外侧传感器之间的相位差、内侧传感器之间的相位差、以及内侧传感器和外侧传感器之间的相位差中的任何两个相位差。但是，在本实例中，采用外侧传感器之间(传感器6a₁和6b₁之间，6a₁和6c₁之间)的两种相位差。传感器之间的两种相互相位差比率分别如下。

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(120\right){-\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)=+\frac{1.5}{P}\&CenterDot;x+\frac{0.866}{P}\&CenterDot;z+(\frac{1.5\&CenterDot;R}{P}-\frac{0.866\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}}{P})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x-(\frac{0.866\&CenterDot;R}{P}+\frac{1.5\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}}{P})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z$

                                               -----(12)

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(240\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(0\right)=+\frac{1.5}{P}\&CenterDot;x-\frac{0.866}{P}\&CenterDot;z$

$+(\frac{1.5\&CenterDot;R}{P}+\frac{0.866\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}}{P})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x+(\frac{0.866\&CenterDot;R}{P}-\frac{1.5\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}}{P})\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z$

                             -----(13)

在如上所述的本实例的结构的情况下，由于能够获得关于五个未知量(位移x、y、z和倾斜Φx、Φz)的五个等式(等式9至13)，能够分析地得到这五个未知量(位移x、y、z和倾斜Φx、Φz)。也就是，五个等式(等式9至13)用矩阵表示如下。

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(0\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(120\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(120\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(240\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(240\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(120\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(240\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\end{array}\right]=\frac{1}{P}\begin{array}{}\end{array}\&CenterDot;\left[\begin{array}{ccccc}0& +2& 0& +2\&CenterDot;R& -2\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}\\ 0& +2& 0& -1.0\&CenterDot;R+1.732\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}& +1.732\&CenterDot;R+1.0\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}\\ 0& +2& 0& -1.0\&CenterDot;R-1.732\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}& -1.732\&CenterDot;R+1.0\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}\\ +1.5& 0& +0.866& +1.5\&CenterDot;R-0.866\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}& -0.866\&CenterDot;R-1.5\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}\\ +1.5& 0& -0.866& +1.5\&CenterDot;R+0.866\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}& +0.866\&CenterDot;R-1.5\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}\end{array}\right]\&CenterDot;\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\\ {\mathrm{\&phi;}}_x\\ {\mathrm{\&phi;}}_z\end{array}\right]$

                                    -----(14)

这用关于五个未知量(位移x、y、z和倾斜Φx、Φz)的等式表示如下。

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\\ {\mathrm{\&phi;}}_x\\ {\mathrm{\&phi;}}_z\end{array}\right]=P\&CenterDot;\begin{array}{}\end{array}{\left[\begin{array}{ccccc}0& +2& 0& +2\&CenterDot;R& -2\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}\\ 0& +2& 0& -1.0\&CenterDot;R+1.732\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}& +1.732\&CenterDot;R+1.0\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}\\ 0& +2& 0& -1.0\&CenterDot;R-1.732\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}& -1.732\&CenterDot;R+1.0\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}\\ +1.5& 0& +0.866& +1.5\&CenterDot;R-0.866\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}& -0.866\&CenterDot;R-1.5\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}\\ +1.5& 0& -0.866& +1.5\&CenterDot;R+0.866\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}& +0.866\&CenterDot;R-1.5\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}\end{array}\right]}^{-1}\&CenterDot;\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(0\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(120\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(120\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(240\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(240\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(120\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(240\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\end{array}\right]$

                                            -----(15)

等式15右侧的P、R和δ全都是根据本实例的结构而限定的常数，类似于上述的α(＝45°)。根据六个传感器6a₁、6a₂、6b₁、6b₂、6c₁和6c₂的输出信号，能够获得五个相互相位差比率“ε_in(0)-ε_out(0)”、“ε_in(120)-ε_out(120)”、“ε_in(240)-ε_out(240)”、“ε_out(120)-ε_out(0)”以及“ε_out(240)-ε_out(0)”。因此，当操作器13根据常数P、R和δ以及五个相互相位差比率来计算等式15的右侧时，能够得到五个未知量(位移x、y、z和倾斜Φx、Φz)。

根据滚动轴承单元11的电力(electric force)等限定的预定关系形成在五个方向位移(位移x、y、z和倾斜Φx、Φz)；和对应于该五个方向位移而施加在外环1和轮毂2之间的五个方向载荷或转矩(x轴载荷Fx、y轴载荷Fy、z轴载荷Fz、x轴圆周转矩Mx、z轴圆周转矩Mz)之间。能够根据在滚动轴承单元领域熟知的弹性接触理论通过计算得到这种预定关系，并且也能够通过实验得到这种预定关系。因此，当将表示这种预定关系的表达式或映射存储在操作器13的存储器中时，能够根据五个方向位移(位移x、y、z和倾斜Φx、Φz)得到五个方向载荷和转矩(载荷Fx、Fy、Fz、以及转矩Mx、Mz)。

为了得到施加在外环1和轮毂2之间的径向载荷(Fx、Fz)，需要注意以下几点。即，一般而言，从沿着与径向载荷(Fx、Fz)相同的方向从轮毂2产生的径向位移计算该径向载荷(Fx、Fz)。但是，轮毂2可能由于倾斜而径向位移。在这种情况下，轮毂2的径向位移的大小随着y轴位置而变化。因此，存在一个问题，即，径向载荷(Fx、Fz)的计算结果根据径向位移被解码的y轴位置而变化。因此，重要的是，在能够以很高的精度计算实际施加径向载荷(Fx、Fz)的y轴位置处，解码径向位移。

基于这一点，将在下面详细地描述计算z轴径向载荷Fz的方法。在实际的汽车中，有这样的情况，即由于局部侧面磨损或轮胎空气压力不足，或者如图5示意地所示的外倾角度的变化，滚动轴承单元11的径向载荷Fz的作用点的y轴位置和轴承原点(轴向外侧轴承排A和轴向内测轴承排B之间的原点)O的y轴位置彼此不不重合。在这种情况下，由于在y-z平面内的倾斜，轮毂2沿着z轴方向径向位移，正如其中心线由双点划线所表示的一样。如图6示意地所示，即便当径向载荷Fz的作用点的y轴位置和轴承原点O的y轴位置彼此重合时，在轴承排A沿着z轴方向的弹性k_a和轴承排B沿着z轴方向的弹性k_b彼此不同的情况下{k_a≠k_b(在本示例中k_a<k_b)}，在y-z平面内的倾斜轮毂2沿着z轴方向径向位移，正如其中心线由双点划线表示的一样。因此，在图5和图6所示的情况下，轮毂2的z轴径向位移的大小根据其y轴位置而变化。因此，存在一个问题，即，径向载荷Fz的计算结果根据z轴径向位移被解码的y轴位置而变化。

这个问题能够利用滚动轴承单元11沿着z轴方向的等效弹性k_eq(＝k_a+k_b)来解决。也就是，在图5和图6所示的情况下，用于产生与通过z轴径向载荷除以等效弹性k_eq得到的值(Fz/k_eq)相同的z轴径向位移的y轴位置(滚动轴承单元11的弹性中心的y轴位置)，变成解码z轴径向位移的最佳y轴位置。换句话说，当在该最佳y轴位置处解码z轴径向位移时(本发明的第九方面)，能够以高精度计算实际施加的径向载荷Fz。

将参考图7更加详细地描述这个最佳y轴位置。首先，假定两个轴承排(row)A和B之间的y轴距离为N，并且从轴承排A到径向载荷Fz的作用点的y轴距离为M。在这种情况下，在与轴承排A的y轴距离为H的位置处的轮毂2的z轴径向位移Z_h用等式16表示。

$z_h=\{\frac{N-M}{N\&CenterDot;k_a}+\frac{H}{N}\&CenterDot;(\frac{M}{N\&CenterDot;k_b}-\frac{N-M}{N\&CenterDot;k_a})\}\&CenterDot;F-----\left(16\right)$

通过用等效弹性k_eq(＝k_a+k_b)除径向载荷Fz得到的值(Fz/k_eq)。这用等式17表示。

$z_{\mathrm{eq}}=\{\frac{N-M}{N\&CenterDot;k_a}+\frac{H}{N}\&CenterDot;(\frac{M}{N\&CenterDot;k_b}-\frac{N-M}{N\&CenterDot;k_a})\}\&CenterDot;F=\frac{F}{k_a+k_b}----\left(17\right)$

因此，满足等式17的距离H的位置，即，由等式18表示的H的位置变成最佳Y轴位置。

$H=\frac{k_b}{k_a+k_b}\&CenterDot;N-----\left(18\right)$

在最佳y轴位置上解码的z轴径向位移Z_eq能够用前面提到的五个方向位移(x、y、z、Φx、Φz)的一部分(z、Φx)得到。也就是，当从编码器4的y轴位置到最佳y轴位置的距离为L(图3)时，径向位移Z_eq用等式19表示。

z_eq＝z-L·tanφ_x     -----(19)

如果倾斜Φx非常小，这可以近似为等式20。

z_eq＝z-L·φ_x     -----(20)

可以通过设置在最佳y轴位置上的静电电容非接触式位移传感器来测量径向位移Z_eq。但是，增加额外设置这种位移传感器的成本。有位移传感器不能设置在该位置的情况。甚至在任何情况下，用于将位移传感器设置在该位置的结构与本发明没有关系。

在上面的描述中，假定两个轴承排A和B的弹性K_a和K_b是正常的。但是由于滚动轴承单元11具有非线性弹性性质，弹性可以通过从其他方向(除z方向之外)施加载荷而变化。例如，在根据本实例的滚动轴承单元11的情况下，预压力(precompression)施加于具有背面组合型的接触角的两个轴承排A和B。为此，当+y(图7中的右方向)轴向载荷Fy施加于轮毂2时，轴承排A的接触载荷增加，并且因此轴承排A的弹性k_a增加，而轴承排B的接触载荷减小，并且因此轴承排B的弹性k_b减小。结果，轴承排A和B的弹性比率改变，并且通过等式18得到的表示最佳y轴位置的距离H改变。为了解决这个问题，根据由操作器13计算的轴向载荷Fy得到变化后的距离H(本发明的第十二方面)，并且在变化后的距离H的位置解码z轴径向位移。通过从轮胎胎面施加轴向载荷Fy而产生的转矩Mx(外倾转矩)被施加于轮毂2，以产生x轴圆周倾斜Φx。为此，根据由操作器13计算的倾斜Φx得到变化后的距离H(本发明的第十二方面)，并且在变化后的距离H的位置上解码z轴径向位移。

在将径向载荷施加于滚动轴承单元11的情况下，以及在将轴向载荷Fy施加于滚动轴承单元11的情况下，两个轴承排A和B的弹性K_a和K_b也变化。为此，确切地说，两个轴承排A和B的弹性比率也通过被计算的径向载荷Fz而改变。但是，在这种情况下，即便在发生变化时，两个轴承排A和B全都能够具有相同的弹性变化，并且表示最佳y轴位置的距离H的变化变小。为此，尽管没有特别地解决那个问题，但是在径向载荷的计算结果中不产生大的误差。

下面，将描述另一种状态。如图8示意地所示，虽然径向载荷Fz相对于滚动轴承单元11的作用点的y轴位置和滚动轴承单元11轴承原点O的y轴位置彼此重合，但是当x轴圆周转矩与径向载荷Fz一起施加时，由于在y-z平面内的倾斜轮毂2沿着z轴方向径向位移，如同在同一个图中由双点划线表示的其中心轴线一样。在图8所示的状态中，由于轮毂2的z轴径向位移的大小随着y轴位置而改变，因此存在一个问题，即径向载荷Fz的计算结果根据解码径向位移的y轴位置而变化。这个问题能够以下面的方式解决。也就是，当只有转矩Mx施加于轮毂2时，轮毂2的z轴径向位移为0的y轴位置，即，由转矩Mx产生的轮毂2的倾斜Φx的结合位置，被设置为x轴径向位移的解码位置(本发明的第十方面)，因而，解决此问题。由于滚动轴承单元11具有非线性弹性性质，该结合位置可能随着转矩Mx(倾斜Φx)的大小而稍稍改变。在这种情况下，变化之后的结合位置根据由操作器13计算的转矩Mx(倾斜Φx)而获得(本发明的第十二方面)，并且z轴径向位移在变化后的结合位置解码。

在计算x轴径向载荷(解码x轴径向位移)时，X轴圆周转矩Mx可能导致误差。也就是，由于转矩Mx是大转矩，由转矩Mx产生的轮毂2的倾斜Φx变大。在这里，假定传感器6a₁、6a₂、6b₁、6b₂、6c₁和6c₂设置在从预定圆周位置(θ＝0°、120°、240°)稍微偏移(由Φx偏移的角度)的圆周位置。在这种情况下，由于传感器6a₁、6a₂、6b₁、6b₂、6c₁和6c₂的坐标轴绕y轴倾斜一个角度Φy(在x-y平面内)，由转矩Mx产生的x轴圆周倾斜Φx(在y-z平面内)被检测为具有z轴圆周(在x-y平面内)分量的倾斜。在x-y平面内的分量与角度Φy的sinΦy一样大，该角度Φy是连接失准。但是，如前所述，由于由初始转矩Mx引起的倾斜Φx很大，在解码x轴径向载荷的值时可能产生误差。为了防止这种误差的产生，x轴径向载荷在x轴圆周倾斜Φx(在y-z平面内)的结合位置上解码。

总结上面的描述，为了在图5和图6所示的状态下以高精度计算径向载荷Fz，z轴径向位移在滚动轴承单元11的弹性中心处解码。为了在图8所示的状态下以高精度计算径向载荷Fz，z轴径向位移在轮毂2的倾斜Φx的结合位置处解码。在这种情况下，如果滚动轴承单元11是线性弹簧，则弹性中心的y轴位置与结合位置的y轴位置彼此重合。但是由于滚动轴承单元11具有非线性弹性性质，存在这样的情况，即，弹性中心的y轴位置与结合位置的y轴位置彼此不重合。这种情况的理由是施加于轴承排A和B的接触载荷分布在图5和图6所示的状态以及图8所示的状态彼此不同。

即便如上所述，在弹性中心的y轴位置和结合位置的y轴位置彼此不重合的情况下，在两个y轴位置之间也不产生大的间隙。为此，即便在对应于图5和图6所示的状态以及图8所示的状态的任何一个状态的y轴位置被设置为用于解码z轴径向位移的位置时，也没有径向载荷Fz的计算误差与在其他状态下的时候引起的实际问题那样大的问题。也就是说，在其他状态下的时候能够使径向载荷的计算精度在一定程度上高(与没有实际问题一样的程度)。在弹性中心的y轴位置和结合位置的y轴位置之间的任何一个y轴位置(中心位置、根据问题的程度接近任何一个y轴位置的位置)可以被设置成用于解码z轴径向位移的位置(本发明第十一方面)。由于这种结构，在前述每种状态下，能够以良好的平衡抑制径向载荷Fz的计算误差。

在上面的描述中，主要描述了计算z轴径向载荷Fz的方法，并且计算x轴径向载荷Fx的方法是相同的。例如，当两排轴承A和B的弹性比率沿着x轴方向和z轴方向变成相同时，用于解码径向位移的最佳y轴位置相对于两个轴向变成相同的位置。否则，它们变成彼此不同的位置。

由于在本实例中的滚动轴承单元11具有非线性弹性性质，自然，在从如上所述解码的径向位移计算相同方向径向载荷情况下的载荷转换系数是非线性的。为此，利用映射进行从径向位移转向径向载荷的转换是有效的。

作为用于解码径向位移的最佳y轴位置或载荷转换系数，可以利用前面设计的和计算的最佳y轴位置或载荷转换系数，或者可以利用在从工厂运输之前实际测量的最佳y轴位置或载荷转换系数。但是，在其中任何一种情况下，当施加于滚动轴承单元11的轴承排A和B的预压力改变时，最佳y轴位置或载荷转换系数也根据该改变而变化。因此，为了解决这种问题，优选地，例如，利用在专利申请2006-065675号中公开的方法或已知的各种方法，在驱动车辆的时候在测量预压力的同时校正最佳y轴位置或载荷转换系数。

如上所述，根据在本实例中用于旋转机器的状态测量设备，能够用一个编码器4获得五个方向位移(位移x、y、z和倾斜Φx、Φz)和五个方向载荷和转矩(载荷Fx、Fy、Fz、以及转矩Mx、Mz)。为此，在获得这些状态时，能够充分地减少所用的状态测量装置12的成本。此外，能够充分地减小状态测量装置12的尺寸。因此，即便当在滚动轴承单元11中没有很宽的安装空间时，状态测量装置12也能够容易安装在滚动轴承单元11中。在本实例的情况下，由于能够获得正交的两个方向(x轴方向、z轴方向)径向位移(x、z)和径向载荷(Fx、Fz)，因此通过利用这些分量能够容易计算在x-z平面内的其他方向径向位移和径向载荷。同样，在本实例的情况下，由于正交的两轴(x轴、z轴)圆周倾斜(Φx、Φz)和转矩(Mx、Mz)，通过利用这些分量能够容易计算在x-z平面内的其他轴圆周倾斜和转矩。

在如上所述的该实施例的第一实例中，在构成每个传感器组的一对传感器6a₁(6b₁、6c₁)和6a₂(6b₂、6c₂)的检测部分的中心之间的空间2δ通常很小。因此，如果误差是可接受的，则能够利用δ＝0计算五个方向位移(位移x、y、z和倾斜Φx、Φz)。也就是，在δ＝0的情况下，等式3至8能够用等式21至26代替。

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)=-\frac{1}{P}\&CenterDot;x-\frac{1}{P}\&CenterDot;y-\frac{R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x-----\left(21\right)$

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(0\right)=-\frac{1}{P}\&CenterDot;x+\frac{1}{P}\&CenterDot;y+\frac{R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x-----\left(22\right)$

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(120\right)=+\frac{0.5}{P}\&CenterDot;x-\frac{1}{P}\&CenterDot;y+\frac{0.866}{P}\&CenterDot;z+\frac{0.5\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x-\frac{0.866\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z-----\left(23\right)$

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(120\right)=+\frac{0.5}{P}\&CenterDot;x+\frac{1}{P}\&CenterDot;y+\frac{0.866}{P}\&CenterDot;z-\frac{0.5\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x+\frac{0.866\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z-----\left(24\right)$

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(240\right)=+\frac{0.5}{P}\&CenterDot;x+\frac{1}{P}\&CenterDot;y-\frac{0.866}{P}\&CenterDot;z+\frac{0.5\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x+\frac{0.866\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z-----\left(25\right)$

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(240\right)=+\frac{0.5}{P}\&CenterDot;x+\frac{1}{P}\&CenterDot;y-\frac{0.866}{P}\&CenterDot;z-\frac{0.5\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x-\frac{0.866\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z-----\left(26\right)$

此外，等式9至13能够用等式27至31代替。

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(0\right){-\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)=+\frac{2}{P}\&CenterDot;y+\frac{2\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x-----\left(27\right)$

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(120\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(120\right)=+\frac{2}{P}\&CenterDot;y-\frac{1.0\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x+\frac{1.732\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z-----\left(28\right)$

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(240\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(240\right)=+\frac{2}{P}\&CenterDot;y-\frac{1.0\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x-\frac{1.732\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z-----\left(29\right)$

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(120\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)=+\frac{1.5}{P}\&CenterDot;x+\frac{0.866}{P}\&CenterDot;z+\frac{1.5\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x-\frac{0.866\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z-----\left(30\right)$

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(240\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)=+\frac{1.5}{P}\&CenterDot;x-\frac{0.866}{P}\&CenterDot;z+\frac{1.5\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x+\frac{0.866\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z-----\left(31\right)$

此外，等式14能够用等式32代替。

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(0\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(120\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(120\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(240\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(240\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(120\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(240\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\end{array}\right]=\frac{1}{P}\begin{array}{}\end{array}\&CenterDot;\left[\begin{array}{ccccc}0& +2& 0& +2\&CenterDot;R& 0\\ 0& +2& 0& -1.0\&CenterDot;R& +1.732\&CenterDot;R\\ 0& +2& 0& -1.0\&CenterDot;R& -1.732\&CenterDot;R\\ +1.5& 0& +0.866& +1.5\&CenterDot;R& -0.866\&CenterDot;R\\ +1.5& 0& -0.866& +1.5\&CenterDot;R& +0.866\&CenterDot;R\end{array}\right]\&CenterDot;\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\\ {\mathrm{\&phi;}}_x\\ {\mathrm{\&phi;}}_z\end{array}\right]-----\left(32\right)$

此外，等式15能够用等式33代替。

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\\ {\mathrm{\&phi;}}_x\\ {\mathrm{\&phi;}}_z\end{array}\right]=P\&CenterDot;\begin{array}{}\end{array}{\left[\begin{array}{ccccc}0& +2& 0& +2\&CenterDot;R& 0\\ 0& +2& 0& -1.0\&CenterDot;R& +1.732\&CenterDot;R\\ 0& +2& 0& -1.0\&CenterDot;R& -1.732\&CenterDot;R\\ +1.5& 0& +0.866& +1.5\&CenterDot;R& -0.866\&CenterDot;R\\ +1.5& 0& -0.866& +1.5\&CenterDot;R& +0.866\&CenterDot;R\end{array}\right]}^{-1}\&CenterDot;\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(0\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(120\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(120\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(240\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(240\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(120\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(240\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\end{array}\right]-----\left(33\right)$

正如通过比较等式33与等式15所清楚看到的，在等式33中，在逆矩阵右侧的矩阵元素不包括与δ相关的项。因此，能够将操作器13的计算量减少这样多。结果，能够改进关于安全驱动的驱动控制的响应性。

第二实施例

图9示出根据本发明的实施例，对应于本发明的第六方面的第二个实例。本实例具有在编码器4a的检测表面上的特征。由于其他部件的结构和操作与根据该实施例的第一实例的情况相同。其重复的说明和描述被省去或简化。在下文，将主要描述本实例的特征部件。

在本实例的情况下，构成第一特征变化部分9a的多个通孔7a和7a和构成第二特征变化部分的10a的多个通孔7b和7b彼此独立地形成在编码器4a的检测表面上。此外，与根据该实施例的第一实例的情况类似，构成第二特征变化部分的10a的通孔7b和7b和圆柱部分8b和8b之间的边界相对于轴线方向(图9中右和左方向)倾斜一个角度α(＝45°)。相反，构成第一特征变化部分9a的通孔7a和7a与圆柱部分8a和8a之间的边界与轴线方向平行。也就是，在本实例的情况下，第二特征变化部分的10a的特征变化的相位沿着轴线方向逐渐地变化，而第一特征变化部分9a的特征变化的相位沿着轴线方向不变化。在本实例的情况下，两个特征变化部分9a和10a的间距被定义为P。

在利用上面描述的编码器4a的本实例的情况下，根据该实施例的第一实例的等式21至26能够用等式34至39代替。

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)=-\frac{1}{P}\&CenterDot;x-----\left(34\right)$

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(0\right)=-\frac{1}{P}\&CenterDot;x+\frac{1}{P}\&CenterDot;y+\frac{R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x-----\left(35\right)$

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(120\right)=+\frac{0.5}{P}\&CenterDot;x+\frac{0.866}{P}\&CenterDot;z-----\left(36\right)$

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(120\right)=+\frac{0.5}{P}\&CenterDot;x+\frac{1}{P}\&CenterDot;y+\frac{0.866}{P}\&CenterDot;z-\frac{0.5\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x+\frac{0.866\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z-----\left(37\right)$

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(240\right)=+\frac{0.5}{P}\&CenterDot;x-\frac{0.866}{P}\&CenterDot;z-----\left(38\right)$

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(240\right)=+\frac{0.5}{P}\&CenterDot;x+\frac{1}{P}\&CenterDot;y-\frac{0.866}{P}\&CenterDot;z-\frac{0.5\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_x-\frac{0.866\&CenterDot;R}{P}\&CenterDot;{\mathrm{\&phi;}}_z-----\left(39\right)$

此外，根据该实施例的第一实例的等式27至31能够用等式40至44代替。

实例的等式32能够用等式45代替。

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(0\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(120\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(120\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(240\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(240\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(120\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(240\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\end{array}\right]=\frac{1}{P}\begin{array}{}\end{array}\&CenterDot;\left[\begin{array}{ccccc}0& +1& 0& +R& 0\\ 0& +1& 0& -0.5\&CenterDot;R& +0.866\&CenterDot;R\\ 0& +1& 0& -0.5\&CenterDot;R& -0.866\&CenterDot;R\\ +1.5& 0& +0.866& 0& 0\\ +1.5& 0& -0.866& 0& 0\end{array}\right]\&CenterDot;\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\\ {\mathrm{\&phi;}}_x\\ {\mathrm{\&phi;}}_z\end{array}\right]-----\left(45\right)$

实例的等式33能够用等式46代替。

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\\ {\mathrm{\&phi;}}_x\\ {\mathrm{\&phi;}}_z\end{array}\right]=P\&CenterDot;\begin{array}{}\end{array}{\left[\begin{array}{ccccc}0& +1& 0& +\&CenterDot;R& 0\\ 0& +1& 0& -0.5\&CenterDot;R& +0.866\&CenterDot;R\\ 0& +1& 0& -0.5\&CenterDot;R& -0.866\&CenterDot;R\\ +1.5& 0& +0.866& 0& 0\\ +1.5& 0& -0.866& 0& 0\end{array}\right]}^{-1}\&CenterDot;\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(0\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(120\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(120\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{in}}\left(240\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(240\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(120\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(240\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{out}}\left(0\right)\end{array}\right]-----\left(46\right)$

因此，还是在本实例的情况下，当操作器13计算等式46的右侧时，能够计算五个未知量(位移x、y、z和倾斜Φx、Φz)。正如通过比较该实施例的第一实例的等式33所清楚地看到的，在本实例的等式46中，包括在逆矩阵中右侧的0的数目多于该实施例的第一实例的等式33的0的数目。换句话说，在本实例的等式46的情况下，与该实施例的第一实例的等式33相比，包括在逆矩阵中的除了0之外的矩阵元数的数目减少到3/4(等式33中为16个，而等式46中为12个)。同时，矩阵和逆矩阵的计算量与包含在矩阵和逆矩阵中的除了0之外的矩阵元素的数目成正比。为此，在本实例的情况下，与该实施例的第一实例相比，能够减少在计算五个未知量(位移x、y、z和倾斜Φx、Φz)的时候的计算量。因此，能够以更接近实时的状态计算五个未知量(位移x、y、z和倾斜Φx、Φz)。结果，能够改进关于保障驱动稳定性的驱动控制的响应性。

本发明不限于该实施例的结构，并且在满足权利要求所述的要求的范围内能够采用各种结构。例如，在圆周方向上的三个传感器组的设置相位不必是等距离的，而是可以在不等的距离处。此外，在圆周方向构成同一传感器组的一对传感器的设置相位不必彼此重合，而是可以相互偏离。在这些情况下，当等式3至8(等式21至26，以及等式34至39)基于设置传感器的方法根据等式1和2再一次被计算时，能够以该实施例的情况相同的顺序计算五个未知量(位移x、y、z和倾斜Φx、Φz)。如该实施例的第一实例的后部所述，在实施本发明的情况下，构成每个传感器组的一对传感器的检测部分的中心之间空间2δ通常很小。因此，如果误差是可接受的，则五个方向位移(位移x、y、z和倾斜Φx、Φz)可以用δ＝0计算。因此，由于能够提高计算处理速度，因而能够改进关于保障驱动稳定性的驱动控制的响应性。虽然等式3至8(等式21至26以及等式34至39)仅仅根据几何位置关系得到，但是实际上，有这样的情况，即，由于诸如间隙相关性、非线性和方向性的影响，不像理论上那样产生相位差比率。作为这种情况下的防范措施，例如，为了使用，等式3至8(等式21至26以及等式34至39)根据实际测量值进行校正。此外，在从工厂装运之前对等式3至8(等式21至26以及等式34至39)进行实际测量，并且为了使用，将实际测量值应用于安装在操作器13中的软件。

在实施本发明的情况下，用于计算五个位移(位移x、y、z和倾斜Φx、Φz)的五个相位差比率不限制于在该实施例中采用的每两个传感器的五种组合，而是可以从每两个传感器的其他五个组合获得(例如，“其中每个检测部分与第一特征变化部分相对的每两个传感器的两种组合”+“其中每个检测部分与第二特征变化部分相对的每两个传感器的两种组合”+“构成任何一个传感器组的一对传感器的一种组合”＝总共五种组合)。利用前面提到的每两个传感器的另外五种组合，能够计算并测量等式9至13(等式27至31以及等式40至44)。因此当利用等式15(等式33、等式46)时，能够计算五个方向位移。在每两个传感器的另外五种组合中的相位差比率可以被转换成在该实施例中实践的每两个传感的五种组合中的相位差比率。此外，掌握分别在与第一特征变化部分和第二特征变化部分相对的、构成彼此不同的传感器组的两个传感器之间的相位差比例。因此，从这些传感器之间和构成任何一个传感器组的一对传感器之间的相位差比例，能够计算构成另外两个传感器组的一对传感器之间的相位差比例。

如同在该实施例的第一实例中描述的一样，旋转滚道环相对于静止滚道环的预定方向位移(例如，x)和施加于两个滚道环之间的相同方向的载荷(例如，Fx)之间的关系通过在那时施加于两个滚道环之间的另一个方向的载荷或转矩(例如，Fy、Fz、Mx、Mz)而稍微改变。对于由于另一个方向的载荷的影响，相同方向的载荷或转矩和另一个方向的载荷或转矩之间的关系通过实验或模拟而预先检查。当预定方向的载荷通过由安装在操作器中的软件用映射转换或联立方程计算时，由于去掉其他方向的载荷或转矩的影响，能够以高精度计算预定方向的载荷。当由于侧面磨损或轮胎中的空气压力不足，或外倾角度的变化，径向载荷(Fx、Fz)的作用点的位置沿着径向改变时，尽管径向载荷的方向和大小不发生变化，沿着轴向位置的径向位移发生变化。而且，在这种情况下，存在其径向位移是恒定地不变的轴向位置(从传感器安装点的轴向距离L的位置，见图3)。因此，当根据在轴向距离为L的位置处的径向位移计算径向载荷(Fx、Fz)时，由于去掉了作用点的位置变化的影响，能够获得高精度的径向载荷(Fx、Fz)。根据从通过传感器安装部分测量的轴向位移y等计算的轴向载荷Fy，能够得到轴向距离L。根据该轴向距离L和在传感器安装部分测量的和五个方向位移(位移x、y、z和倾斜Φx、Φz)，能够几何地获得在轴向距离为L的位置处的径向位移。

虽然参考具体实施例描述了本发明，但是很显然，在本发明的构思和范围内本领域的技术人员能够对本发明进行各种修改和改变。本申请要求2006年2月28日提交的日本专利申请No.2006-051605、2006年8月7日提交的日本专利申请No.2006-214194以及2006年12月22日提交的日本专利申请No.2006-345849的优先权，并且其内容结合于此共参考。

工业实用性

根据本发明，为了获得施加于旋转滚道环和静止滚道环之间的载荷，不必获得旋转滚道环和静止滚道环之间的相关位移的量。也就是，操作器能够具有根据传感器的输出信号直接计算(没有相关位移的量的计算过程)施加于旋转滚道环和静止滚道环之间的载荷的功能。

Claims (14)

1.一种用于旋转机器的状态测量设备，该设备包括：

旋转机器，其包括：

在使用状态不旋转的静止部件；和

可旋转地支撑于所述静止部件的旋转部件；以及

状态测量装置，其包括：

与所述旋转部件或与所述旋转部件一起旋转的部件同心地设置的编码器；

支撑并固定于所述静止部件的传感器；以及

操作器，

其中，所述编码器具有：

设置在所述编码器的圆周表面上的检测表面；和

沿着圆周方向以相等距离交替地设置在所述检测表面上的第一特征变化部分和第二特征变化部分，

其中所述第一特征变化部分和第二特征变化部分的特征沿着圆周方向以相等间距交替地变化，并且与另一个特征变化部分的特征变化的相位不同，所述第一特征变化部分和第二特征变化部分的至少一个特征变化的相位沿着轴向逐渐变化，

其中，所述传感器装置包括三个或更多个传感器，用于响应于检测部分与其相对的部分的特征的变化而改变输出信号，其中一个传感器的检测部分与第一特征变化部分相对，另一个传感器的检测部分与第二特征部分相对，而又一个传感器的检测部分与一部分相对，该部分与在第一特征变化部分和第二特征变化部分中与其他传感器的检测部分相对的那部分不重叠，

其中，所述操作器具有根据所述传感器的输出信号之间的相位差的至少两个相位差，沿着两个或更多个方向，计算所述编码器相对于所述静止部件的位移或倾斜的功能。

2.根据权利要求1的状态测量设备，其中所述传感器装置包括三个传感器组，每个传感器组包括一对传感器，构成每个传感器组的该对传感器的一个传感器的检测部分与第一特征变化部分的圆周位置彼此不同的部分相对，而另一个传感器的检测部分与第二特征变化部分中的圆周位置彼此不同的部分相对，并且

其中，当由彼此正交的x轴、y轴和z轴构成的三维直角坐标的y轴与静止部件的中心轴线重合时，所述操作器具有根据在选自这些传感器的每两个传感器的五种组合中的两个传感器的输出信号之间的五个相位差，计算编码器相对于静止部件的沿着x轴方向的位移x、沿着y轴方向的位移y和沿着z方向的位移z、x轴圆周倾斜Φx和z轴圆周倾斜Φz的功能。

3.根据权利要求2的状态测量设备，其中每两个传感器的五种组合包括构成彼此相同的传感器组的每两个传感器的三种组合，和构成彼此不同的传感器组的每两个传感器的两种组合。

4.根据权利要求2的状态测量设备，其中构成每个传感器组的一个传感器的检测部分和另一个传感器的检测部分沿着圆周方向在相同的位置上，并且分别与所述第一特征变化部分和第二特征变化部分相对。

5.根据权利要求2的状态测量设备，其中构成每个传感器组的一个传感器的检测部分与所述第一特征变化部分的圆周等距离位置相对，而另一个传感器的检测部分与所述第二特征变化部分的圆周等距离位置相对。

6.根据权利要求1的状态测量设备，其中所述第一特征变化部分和第二特征变化部分的另一个特征变化部分的特征变化中的相位沿着轴向不变化。

7.根据权利要求1的状态测量设备，其中所述操作器具有根据由该操作器计算的所述编码器相对于静止部件的位移和倾斜，计算施加在静止部件和旋转部件之间的外力的功能。

8.根据权利要求7的状态测量设备，其中所述操作器具有根据由该操作器计算的所述编码器相对于静止部件的位移和倾斜，计算所述旋转部件沿着轴向在所述静止部件的预定位置上的径向位移的功能，和根据所述径向位移，计算沿着与所述径向位移相同方向、施加在静止部件和旋转部件之间的径向载荷的功能。

9.根据权利要求8的状态测量设备，其中沿着与用于计算的径向位移相同的方向的所述旋转机器的弹性中心的轴向位置是沿着该轴向的所述静止部件的预定位置。

10.根据权利要求8的状态测量设备，其中在只有转矩施加在静止部件和旋转部件之间的时候，旋转部件的径向位移为0的轴向位置是沿着该轴向的所述静止部件的预定位置。

11.根据权利要求8的状态测量设备，其中在沿着与用于计算的径向位移相同的方向的所述旋转机器的弹性中心的轴向位置，和在只有转矩施加在静止部件和旋转部件之间的时候旋转部件的径向位移为0的轴向位置之间的任何轴向位置，是沿着该轴向的所述静止部件的预定位置。

12.根据权利要求7的状态测量设备，其中根据在由所述操作器计算的所述编码器相对于静止部件的位移或倾斜中的、或者在根据该位移或倾斜计算的施加于静止部件和旋转部件之间的外力中的、不同于用于计算的径向位移的方向中的分量，所述操作器校正沿着轴向的所述旋转部件的预定位置。

13.根据权利要求1的状态测量设备，其中所述旋转机器是滚动轴承单元，并且

其中所述滚动轴承单元包括：

其为静止部件的静止滚道环；

其为旋转部件的旋转滚道环；以及

设置在该静止滚道环和旋转滚道环之间的多个滚动元件。

14.根据权利要求13的状态测量设备，其中所述滚动轴承单元是用于支撑汽车轮子的轮毂单元，所述静止滚道单元在使用状态下被支撑于汽车的悬架装置，而所述轮子连接并固定于其为旋转滚道环的轮毂。

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