CN1054125A - 轴承组件速度传感器 - Google Patents

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Abstract

一种轴承组件,包括一个带有向外凸出法兰的外 圈和一个类似的向外凸出法兰的内圈,一个传感器组 件安装在固定圈的法兰上,一个编码器安装在转动圈 的法兰上。此外,还包括几种传感器和编码器的结 构。

Description

本发明涉及一种具有检测旋转轴旋转速度装置的轴承组件,特别涉及带有向外凸出法兰的内圈和外圈的轴承组件。传感器组件和编码器安装在法兰上,使传感器固定不动,而编码器安装在可旋转的圈上。本发明特别适用于汽车的车轮轴承。
现在汽车工业变得更具有竞争性,越来越强调获得更好的燃料经济性和降低材料与劳动成本,把车轮轴承改进成比现有元件成本较低、重量较轻,并且能提供更多的功能。随着对防抱死制动系统的不断强调和悬挂系统的改进,车轮轴承也变得起来起精密。
现有的专利技术已公开了用于汽车车轮轴承组件并在轴承组件中有传感器组件和编码器元件的结构。这种现有技术的例子有名称为“轴承组件”的美国专利US-4,795,278,它是在1989年1月3日授权给Yoshitaka  Hayashi的。其他的现有专利技术还公开了在轴承组件里附加了密封件的,这种现有技术的一个例子是名称为“车轮速度传感器”的美国专利US-3,772,549,它是在1973年11月13日授权给James,C,Cumming的。
现有技术的另一些例子是下面的美国专利,有名称为“安装脉冲发生器的车辆车轮轴承”的美国专利US-4,667,156,它是在1987年5月19日授权给Takami  Machino和Akira  Kikuchi的。它公开了一种编码器的齿轮齿结构以及几种将编码器安装在轴承圈上的方式。另外,还有名称为“车辆的轴承组件”的美国专利US-4,783,180,它是在1988年11月8日授权给Yoshitaka  Hayashi的。它公开了一种安装编码器元件的环形零件(即图1中的54)。
现有技术中存在的第一个问题是传感器组件和编码器的附加使制造费用昂贵,这是上面几份报告中提述的一些重要因素。例如有些设计与没有速度检测能力的车轮轴承相比,需要增加轴承轴向长度。有些轴承组件/传感器组件/编码器的结构需要比较复杂的装配工艺,这就使这些车轮轴承设计的劳动成本增加。有些设计需要传感器组件相对于编码器的位置有一个相当精密的调整,从而保证提供一个适当的速度信号。无论从制造上所要求的观点来看,或是由于材料和劳动成本的原因,上述几种轴承组件/传感器组件/编码器结构都暴露出现有技术的缺点。至今还没有公开过为这些元件提供最小外形或体积的特定结构。
本发明的轴承组件综合了这些特殊结构的优点,该结构使传感器组件和编码器与轴承组件组合,从而具有最佳的外形体积和最低的成本。概括地说,本发明的轴承组件包括一个带有向外凸出法兰的固定圈,一个带有向外凸出法兰的转动圈,一个安装在固定圈上的传感器组件和一个安装在转动圈上的编码器,并尽可能高效地利用两个法兰之间的轴向空间。各种装配起来的装置结构都比上述现有技术独特,而且实质上它的成本和尺寸也优于现有技术。
参照下列附图和详细的说明可以更好地理解本发明,其中:
图1是带有分别安装在外圈法兰的孔中和内圈法兰孔中的传感器组件和编码器的轴承组件剖面图。
图2是轴承组件剖面图,该轴承组件有一个安装在设置在外圈法兰上的支撑环上的传感器和一个由在内圈法兰的外周边上形成的齿轮齿所组成的编码器。
图3是沿图2中的3-3线取得的,如图2中所示的编码器的轴向局部视图。
图4是轴承组件剖面图,该轴承组件有一个安装在设置在外圈法兰上的第一支撑环上的传感器,和一个在传感器的径向外侧地安装在设置在内圈法兰上的支撑环上的编码器。
图5是类似于图4所示的轴承组件的剖面图,除了编码器是安装在传感器组件的径向内侧以外。
图6是类似于图5所示的轴承组件的剖面图,除了第二支撑环的一段是弯向内圈法兰的外周表面和在两个支撑环之间设置了一个附加密封件。
图7是轴承组件剖面图,该轴承组件有在多头连接螺栓的径向外侧地安装在支撑环上的传感器组件和轴向分开的编码器,它的支撑环如图4~6所示连接在外圈和内圈法兰上。
图8是螺承组件的剖面图,该轴承组件有安装在夹紧在外圈上并易于拆卸的环上的传感器组件和安装在内圈上的轴向分开的环形编码器。
图9是沿图8中9-9线得到的可拆卸环的轴向端视图。
在各个图中,相似的部件均用相似的编号。
首先参照图1,一个轴承组件12包括一个外固定圈20,一个内转动圈30,多个在保持架44中的滚动元件或滚珠40,一个传感器组件50,一个编码器60和密封件70、72。内圈30包括两个元件,一个内侧元件32和一个外侧元件34。这种结构使制造过程中容易把滚珠40装入轴承组件12中,多个连接螺栓76沿轴向穿过法兰36上的孔,该法兰是从内圈30的元件34上径向向外伸出的。传感器组件50构造成使它正好安装在法兰26的小孔28中,该法兰从外圈20径向向外伸出。编码器60与传感器组件50轴向分开,并且至少有一个与法兰36上的孔38匹配地装设的突出物62。孔38位于连接螺栓76的径向外侧。最好是采用至少有两个突出物62,以确保编码器60相对法兰36的精确位置。
编码器60可以采用几种式样,例如,当传感器组件50采用可变磁阻型式的传感器时,编码器60一般用具有齿轮齿结构。另外,如果传感器组件50采用霍尔效应式的传感器,则编码器60可用如图1横截面中所示的光滑的环形结构。在编码器60中带有交替变换的南北磁极。在本发明的详细说明中,无论使用什么术语的“编码器”,该术语是指如上面所给出的那样的几种结构形式。
同样地,传感器组件50也可以有多种可能的结构,如上面所讨论的齿轮齿或霍尔效应传感器,因此,在说明书中任何地方出现的“传感器组件”术语都是指任何一种可能的结构。
图1中的轴承组件具有使传感器组件50和编码器60在轴向上对准地保持的独特的结构,以便产生一个与旋转轴(未示出)的速度成比例的速度信号,该旋转轴是与转动的内圈30连接的。由于编码器60是不能旋转地安装在内圈30上,所以编码器60的旋转速度等于主轴(即汽车的轮轴)的旋转速度。传感器或检测器52一般位于组件50之中,并且尽可能靠近编码器60。一根输出信号引线56可按照需要把输出信号从传感器52送到其它元件上,(即一个微处理机上),传感器组件的剩余部分是一个用于安装传感器52的连接结构54,用来保持编码器60和传感器52之间恰当的位置关系。此外,附属的信号处理电路,如固定在积分电路芯片上的自适应阈电路可根据需要与连接结构54结合在一起。
滚动元件或滚珠40成两排环形地设置在内外圈20和30之间,尽管所有的附图中都示出了滚珠,但其他形式的滚动元件,如锥形滚柱或球形的也可以使用而不影响本发明。连没有滚动元件的滑动轴承也可以使用。
密封件70和72封闭着滚珠40,以防止水、灰尘和由旋转元件带来的其它外来物质的进入。另外,密封件70和72还具有把润滑脂保持在密封件内来润滑滚动元件的作用。
连接螺栓76用来把内圈30的法兰36紧固到汽车的轮毂上,如果使用这种方式,连接螺栓76的头部78可以如图1所示那样位于螺栓的内侧端,螺栓76的螺纹端位于螺栓的外侧端。本发明的考虑之一是传感器组件和编码器在轴承组件上的设置,考虑到维修时能把连接螺栓76从法兰36上拆卸,因此,本文所有的轴承组件剖面图中都包括一个连接螺栓76,以帮助读者设想将螺栓76从法兰36上拆卸,尽管图1或其它任何附图中都示出传感器组件50在位置关系上似乎与连接螺栓相干扰,应该注意到,一个特殊的要被拆下的连接螺栓通过转动内圈30,把螺栓很容易地从传感器组件拆下,因而可以拆下连接螺栓76而不影响传感器组件50。
现在参照图2和3,一个轴承112具有一个编码器160,它是法兰136的一个组成部分。编码器160包括一系列在法兰136外周边上形成的齿轮齿164。图3表示齿轮齿164的轴向视图。传感器组件150轴向地与编码器160分开,并且由第一支撑环80支撑着,该支撑环具有分别的径向内侧段和外侧段82和84,以及相应的轴向内侧段和外侧段86和88。内侧段82和86设置在法兰126的外侧部分,内侧段86包覆了法兰126的外周表面,并且有一段轴向内侧边87,其弯向法兰126的外侧表面上的倒角斜边127,传感器组件150安装在支撑环80的径向外侧段84上,沿轴向凸出穿过外侧段84上小孔的传感器或检测器部分152与齿轮齿164径向对准。传感器组件150和编码器160都在连接螺栓76的径向外侧。
现在参照图4,一个轴承组件212有一个安装在第一支撑环280上的传感器组件250,该支撑环具有连接两个同轴段284和286的径向段282,内侧段284压装在外圈220的外表面上,以便把支撑环280安装在轴承组件212上。
轴向外侧段286有一段向外伸出的凸缘288,它帮助将传感器组件250支撑在相对于编码器260的一个合适位置上。第二支撑环90设置在法兰236上,并具有径向段92和轴向段94。编码器260通过一个在轴向段94上的向外弯曲件95和外罩96保持在一个合适的位置。该外罩向弯曲件95的外周表面弯曲,以围起编码器260。支撑环90的径向段92有多个调节连接螺栓76的孔,螺栓使支撑环90在园周方向和轴向都保持在合适的位置上。支撑90的确定径向位置是由法兰236上的凹槽239来保证。在法兰226外侧表面的外端上有倒角斜边227,有助于减少输出信号引线的磨损。
现在参照图5,轴承组件321包括图4所示相同的基本元件,图4和图5所示结构之间的第一个区别是第二支撑环。在图4中,支撑环90的取向是为了把编码器260定在传感器组件250的径向外侧位置上。而在图5中,第二支撑环390是把编码器360定在传感器组件350的径向内侧。图5示出了把支撑环390连接在法兰336上的类似装置,包括多个连接螺栓76的头部78和确定支撑环390相对于法兰336位置的凹槽339。第一支撑环380有一个径向段382,该段把轴向内侧段384连接到轴向外侧段386上,内侧段384有一个内侧边缘387,其弯向法兰326的倒角斜边327。
现在参照图6,所示的轴承组件412与图5中的轴承组件312是类似的。基本的区别是附加的密封件74。第二支撑环490有一个改进的结构。第一支撑环480提供了传感器组件450的安装装置,并且有一个连接轴向内侧段484和轴向外侧段486的径向段482。第二支撑环490有一个连接轴向内侧段494和轴向外侧段496的径向段492。
内侧段494有一个径向向内突出的弯曲段495,类似于图5中保持编码器360的方式,该弯曲段在外罩498的帮助下保持编码器460。外侧段496弯向法兰436的外周边表面,并且有一段弯向法兰436的倒角斜边437的轴向外侧边497。密封件74与第一支撑环480的外侧段486外端相连接。外侧段486与第二支撑环490的轴向内侧段494轴向平行,并是以使密封件74径向向里伸出,与内侧段494的外周表面形成滑动接触。第二支撑环490通过外侧段496设置在合适的位置。另一方面,连接螺栓76的头部78可以用来把支撑环490固定到一合适位置上,或者它们可作为附加的连接装置。
现在参照图7,轴承组件512有图5所示的同样的基本元件,并有改进的支撑环580和590。传感器组件550是水平安装的,以便调节与编码器560的轴向间隔,并使传感器设置在第一支撑环580的轴向段588的园周表面上的孔585中。该支撑环连接在法兰526上,方式与图5和图6中相应的环380和480相似。支撑环580有分别的径向内侧段和外侧段582和584,并有相应的轴向内侧段和外侧段586和588。
现在参照图8和9,轴向组件612有一个内圈630(类似于图4中的内圈330),一个外圈620(类似于图4中的外圈320),一个传感器组件650,它整体地安装在易于拆卸的环658上(见图9),该环夹紧在轴承组件的外圈620上。传感器组件650与编码器660径向对准而轴向分开,编码器设置在法兰636内侧的凹槽639上形成的台肩637上。
此外,编码器660还可以用粘结剂连接在法兰636上。

Claims (21)

1、一种轴承组件,其特征在于:它有一个带有径向向外突出的第一法兰的第一圈,所述的第一圈是固定的,并且有一外侧表面;
一个带有径向向外突出的第二法兰的第二圈,所述的第二圈相对于第一圈是旋转的,所述的第二法兰有一外侧表面;
一个设置在上述第二圈的第二法兰上的编码器;和
一个设置在上述第一法兰上的传感器组件,上述的传感器组件有一个设置检测器的连接结构,所述的传感器组件是与所述的编码器对准的,以便提供与所述的第二圈相对于所述第一圈的旋转速度成比例的输出信号。
2、根据权利要求1所述的一种轴承组件,其特征在于:上述的第二法兰上有多个轴向方向的孔穿过,这些孔在第二法兰的园周方向上是间隔开的,以容纳把上述第二法兰连接到旋转元件上的连接螺栓。
3、根据权利要求1所述的轴承组件,其特征在于上述的轴承组件还有位于上述第一和第二圈之间的多个滚动元件。
4、根据权利要求3所述的轴承组件,其特征在于:上述的滚动元件保持在一个保持架座圈中。
5、根据权利要求3所述的轴承组件,其特征在于:上述的滚动元件保持在一个轴承保持架中。
6、根据权利要求3所述的轴承组件,其特征在于:上述的轴承组件还有封闭上述滚动元件的两个密封件。
7、根据权利要求6所述的轴承组件,其特征在于:上述的轴承组件还有一个位于上述第一和第二法兰之间的密封件,以保护上述的检测器和编码器不受周围环境的影响。
8、根据权利要求1所述的轴承组件,其特征在于:上述的传感器组件还包含有装着电子学或电学装置的集成电路芯片,用以补偿如温度、应力和老化等外部因素对输出信号的影响。
9、根据权利要求1所述的轴承组件,其特征在于:上述的传感器组件安装在轴向地穿过上述第一法兰的一个孔中,上述的编码器有一个或多个围绕第二法兰周向间隔开地形成的轴向孔,这样,使上述的检测器和编码器在径向上对准而在轴向上隔开的。
10、根据权利要求1所述的轴承组件,其特征在于上述的编码器有多个在第二法兰外侧周边上成整体地形成的齿轮齿。
11、根据权利要求10所述的轴承组件,其特征在于:上述的传感器组件采用可变磁阻或检测器。
12、根据权利要求10所述的轴承组件,其特征在于:上述的传感器组件有一个永久磁体和一个设置在上述齿轮齿和永久磁体之间的霍尔效应检测器。
13、根据权利要求1所述的轴承组件,其特征在于:上述的编码件有一个交替变化南北磁极的环状圈,上述的传感器组件采用霍尔效应检测器。
14、根据权利要求1所述的轴承组件,其特征在于:上述的轴承组件还有一个设置在上述第一法兰上的第一支撑环,上述的传感器组件安装在这第一支撑环上。
15、根据权利要求14所述的轴承组件,其特征在于:上述的编码器有在上述第二法兰外侧周边上形成的多个齿轮齿。
16、根据权利要求14所述的轴承组件,其特征在于:上述的轴承组件还有一个设置在上述第二法兰上的第二支撑环,上述的编码器安装在这第二支撑环上。
17、根据权利要求16所述的轴承组件,其特征在于:上述的编码器是在上述传感器组件径向向外地并与它同轴地设置的。
18、根据权利要求16所述的轴承组件,其特征在于:上述的编码器是在上述传感器组件径向向内地并与它同轴地设置的。
19、根据权利要求16所述的轴承组件,其特征在于上述的编码器和传感器组件是径向对准而轴向分开的。
20、根据权利要求16所述的轴承组件,其特征在于:上述的第二支撑环有一个径向段和一个第一轴向段,上述径向段装置在第二法兰上,而上述第一轴向段有一个支撑编码器的凹坑,上述编码器也被一个围绕这凹坑的外罩元件支撑在第二支撑环的第一轴向段上。
21、根据权利要求20所述的轴承组件,其特征在于:上述的第二支撑环还有一个第二轴向段,上述的径向段和第二轴向段设置在上述第二法兰的外侧表面上。
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