CN108290443B - 车轮支承用滚动轴承单元 - Google Patents

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Abstract

本发明通过内置在车轮支承用滚动轴承单元中的充电器对发电机的输出电压进行检测，并且计算轮毂的转速。当轮毂的转速处于利用来自蓄电池的电力使传感器和无线通信装置工作的低速状态时，根据轮毂的转速或车辆的行驶速度，来改变无线通信电路与配置在车身侧的运算装置之间进行无线通信的频率。

Description

车轮支承用滚动轴承单元
技术领域
本发明涉及一种车轮支承用滚动轴承单元。
背景技术
为了改善汽车的运动性能和安全性能，已经提出有各种控制方法和控制装置。由于汽车的行驶、转弯和停止等运动可以只通过轮胎和路面之间的摩擦力(抓地力，轮胎力)来操作，因此检测作用在轮胎上的力(载荷)可以极大地提高与汽车的运动控制有关的性能。因此，已经提出有许多与检测作用在轮胎上的力有关的技术。
在本发明之前，本发明的申请人已经提出了一种车轮支承用滚动轴承单元的结构，其具有用于向设置在车轮(轮胎或轮子)上的传感器供电并且将由传感器获取的信息以无线的方式与车身侧进行通信的功能(未公开的在先申请：日本专利特愿2015-186307号)。在该在先申请中，作为用于向传感器供电的手段，车轮支承用滚动轴承单元中内置有发电机。此外，在先申请中，进一步提出了通过具备用于对传感器的输出信号进行无线传输的无线通信装置，从而在组装车轮支承用滚动轴承单元时根本不需要任何布线工作。专利文献1描述了一种发明，其中发电功能和供电功能被设置在轴承单元中以向传感器供电并执行无线通信。
然而，如上所述，使用在轴承单元中设置的发电机来供电时，当车轮的转速慢，即低车速时，可能引起如下的问题。即，通常由于发电机的发电电压正比于构成发电机的转子的转速，所以当转速较低时，难以确保足够的发电电压以使传感器和各种电路工作。另一方面，通过增加发电机的线圈匝数，能够提高低速下的发电电压，但是即使在这样的情况下，必然存在下限速度，并且当车辆停止时不可能进行发电。另外，因为用于支承转子的、轴承单元的旋转侧滚道圈部件的转速根据车辆的行驶速度变化较大，所以如果提高低速行驶时的发电电压，则在高速行驶时发电电压过大，这不是所期望的。
为了解决如上所述的问题，本发明人等首先考虑在轴承单元中设置蓄电池和其充电控制电路。即，低速行驶(包括车辆停止)时，如果不能通过发电机获得足够的发电量的情况下，则利用由蓄电池提供的电力使传感器和无线通信电路工作，如果能够通过发电机获得足够的发电量的情况下，则通过发电电力使传感器和无线通信电路工作并给蓄电池充电。充电控制电路根据发电电压来控制这些操作。根据这种结构，即使在低速行驶时也能够向传感器和无线通信电路提供足够的电力，而不会使高速行驶时的发电电压过大。
但是，只是简单地采用如上所述的结构时，根据车辆行驶时的低速行驶的频率和传感器以及无线通信电路的消耗电力，作为蓄电池有可能必须选用具有充足的蓄电容量的大型蓄电池，由于该蓄电池是设置在轴承单元的内部的部件，所以期望蓄电池的体积尽可能小。而且，由于蓄电池的体积大小取决于蓄电容量，所以为了使蓄电池小型化，有可能需要尽可能地减少必要的蓄电容量。
另一方面，当考虑将由传感器获得的、与作用在车轮上的力(轮胎载荷)有关的信息用于车辆的运动控制时，与高速行驶期间相比，低速行驶期间的车辆运动控制的必要性相对较低。此外，当以车辆的行驶距离(前进距离)来考虑时，车辆行驶一定距离所需的时间随着车速的降低而增加。因此，在车速较低的情况下，即使传感器信息的更新频率较低(即，即使更新时间间隔较长)，也没有关系。
再者，作为与本发明相关的其他现有技术文献，有专利文献2和3。专利文献2公开了如下技术：一种轴承单元，该轴承单元具有用于通过非接触式供电使传感器工作的装置，其中，在该装置中设置有电源监视部，以监视所接收的电压并且根据该电压值来控制无线送电功率。然而，专利文献2中描述的发明是用于非接触供电并控制送电功率的装置。另外，在专利文献3中，记载了通过发电机或蓄电池向设置于车轮侧的传感器供电的内容，但没有任何关于将这些发电机和蓄电池两者组合使用情况的说明。而且，关于考虑无线通信所需的电力的情况也没有任何记述。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2003-278779号公报
专利文献2：日本专利特开2005-78341号公报
专利文献3：日本专利特表2008-524680号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的是提供一种能够减小内置蓄电池容量的车轮支承用滚动轴承单元。
用于解决课题的方法
本发明的车轮支承用滚动轴承单元，是一种用于将车轮(轮胎和轮子)旋转自如地支承于悬架装置的装置，具有轴承部、无线通信装置(包括无线通信电路)、发电机和蓄电池，并且根据需要，具有充电控制电路。
所述轴承部具有外径侧滚道圈部件、内径侧滚道圈部件以及多个滚动体。所述外径侧滚道圈部件例如构成为大致圆环状(圆筒状)，在内周面具有1个或多个(例如双列)外圈滚道。
所述内径侧滚道圈部件例如构成为大致圆环状(圆筒状)，配置在所述外径侧滚道圈部件的径向内侧，在外周面具有1个或多个(例如双列)内圈滚道。
所述各滚动体，例如，可以使用滚珠和滚子(包括圆锥滚子、圆柱滚子、滚针和球面滚子)，滚动自如地设置在所述外圈滚道和所述内圈滚道之间。
并且，所述外径侧滚道圈部件和所述内径侧滚道圈部件中的任一者的滚道圈部件，作为静止侧滚道圈部件，在使用状态下支承固定于所述悬架装置并且不旋转，另一个滚道圈部件作为旋转侧滚道圈部件，用于结合固定所述车轮并与该车轮一起旋转。
另外，所述无线通信装置是与配置在车身侧的电子设备之间，例如对包括安装在所述车轮上的传感器的输出信号在内的信号(例如，根据需要包括用于表示从车身侧发送的车辆的行驶状态、发动机的运行状态等的信号)进行无线通信的装置。
此外，所述发电机具有直接或间接地支承在所述静止侧滚道圈部件上的定子和直接或间接支承在所述旋转侧滚道圈部件上的转子，是用于基于该等定子和转子的相对旋转而产生向所述传感器(是用于测量车轮的状态量的传感器，例如，应变传感器、加速度传感器、气压传感器、磨损传感器、温度传感器等)以及所述无线通信装置提供的电力的装置。
另外，所述蓄电池存储由所述发电机产生的电力。
并且，根据本发明的车轮支承用滚动轴承单元，当由所述发电机所产生的发电量不足以使所述传感器和所述无线通信装置工作的情况下，从所述蓄电池向该等传感器和无线通信装置供电，当由所述发电机所产生的发电量足以(足够)使所述传感器和所述无线通信装置工作的情况下，仅从所述发电机向该等传感器和无线通信装置供电。
特别地，在根据本发明的车轮支承用滚动轴承单元的情况，所述无线通信装置根据所述旋转侧滚道圈部件的转速，改变(可变更)与所述电子设备之间进行无线通信(向该电子设备发送传感器信息)的频率，即无线通信频率(时间间隔)。
再者，无线通信频率可以由例如每单位时间执行的无线通信的次数来表示。
在本发明的结构中，例如，所述无线通信装置(或充电器)具有检测根据所述旋转侧滚道圈部件的转速而变化的所述发电机的输出电压的功能，利用该输出电压，可以获得所述旋转侧滚道圈部件的转速。此外，作为用于从转速获取所述无线通信频率的手段，例如可以使用计算公式或预先表示转速和无线通信频率之间的关系的表格(表、图等)。
或者，在设置于车身侧的所述电子设备(运算装置)中，可以基于车辆的行驶速度来确定所述无线通信频率。在这种情况下，作为用于从车辆的行驶速度获取所述无线通信频率的手段，可以使用例如计算公式或预先表示行驶速度和无线通信频率之间的关系的表格(表、图等)。并且，通过将所确定的无线通信频率利用无线通信发送到车轮支承用滚动轴承单元侧的无线通信装置，从而可以使该无线通信装置以所述无线通信频率执行无线通信。
具体而言，当所述旋转侧滚道圈部件的转速或所述车辆的行驶速度等于或高于预定速度时，增加所述无线通信频率，并且当所述旋转侧滚道圈部件的转速或所述车辆的行驶速度低于所述预定速度时，减少所述无线通信频率。
此外，在本发明的结构中，例如，也可以将所述无线通信频率与所述旋转侧滚道圈部件的转速或所述车辆的行驶速度设为比例关系，使该无线通信的时间间隔内的车辆的行驶距离(到执行下一次无线通信为止的行驶距离)大致相等。
发明的效果
根据本发明的车轮支承用滚动轴承单元，可以减少内置蓄电池的容量。
即，通过所述蓄电池的供电，在使传感器和无线通信装置工作的低速行驶时，无线通信装置根据旋转侧滚道圈部件(轮毂)的转速或车辆的行驶速度，改变与配置于车身侧的电子设备之间进行的无线通信的频率(无线通信频率)。因此，可以有效地降低无线通信装置所使用的蓄电池的功耗。因此，由于可以减少蓄电池的蓄电容量，所以可以通过减小体积来实现蓄电池的小型化，并且能够降低成本。另外，由于无线通信频率根据车速而变化，所以即使在无线通信的频率降低、传感器信息的更新间隔变长的情况下，也能够抑制与车辆运动控制相关的性能的降低。
附图说明
图1是表示通过本发明的第一实施方式的车轮支承用滚动轴承单元将车轮支承于悬架装置的车轮支承结构的剖视图。
图2是图1中的II部分的放大图。
图3是表示取出图1所示的车轮支承用滚动轴承单元并从轴向外侧观察的状态的立体图。
图4是表示取出图1所示的车轮支承用滚动轴承单元并从轴向内侧观察的状态的立体图。
图5是车轮支承用滚动轴承单元的立体分解图。
图6是示意性地表示设置在车轮支承用滚动轴承单元中的轮毂轴承内置电路和运算装置的结构的框图。
图7是表示车速与无线通信频率的关系的曲线图。
图8是表示车速与无线通信频率的关系的其他例子的曲线图。
附图标记说明
1：车轮支承用滚动轴承单元
6：转向节(悬架装置)
7：车身
11：轴承部
12：发电机
13：无线通信装置
14：蓄电池
15：充电器
16：外圈(外径侧滚道圈部件)
17：轮毂(内径侧滚道圈部件)
18：滚珠(滚动体)
19a、19b：外圈滚道
24a、24b：内圈滚道
70：无线通信电路
87：轮胎侧传感器
88：轮子侧传感器
93：控制部
94：无线通信电路
具体实施方式
第一实施方式
将参照图1～图8对本发明的第一实施方式进行说明。
本例的车轮支承用滚动轴承单元1是用于从动轮的装置，将构成汽车的车轮的轮胎2和轮子3以及构成作为制动装置的盘式刹车装置4的转子5，旋转自如地支承在构成悬架装置的转向节6上。在所示结构的情况下，通过可摆动位移地支承于车身7的上臂9和下臂10对转向节6进行支承。
车轮支承用滚动轴承单元1具备：具有轴承功能的轴承部11；具有发电功能的发电机12；具有无线通信功能的无线通信装置(包括无线通信电路)13；具有蓄电功能的蓄电池14和具有充电功能的充电器(包括充电控制电路)15。
轴承部11是将轮胎2和轮子3旋转自如地支承于转向节6的部分，并且包括作为外径侧滚道圈部件的外圈16；作为内径侧滚道圈部件的轮毂17，和多个滚珠(滚动体)18、18。
外圈16整体构成为大致圆环状，分别在内周面上具有双列外圈滚道19a和19b，在外周面的靠近轴向中央部内端的部分具有静止侧凸缘20。此外，在静止侧凸缘20上设置有多个沿轴向贯通的安装孔(螺纹孔或贯通孔)21、21。
另外，在本说明书和权利要求书中，相对于轴向的“内侧”是指在组装到车辆上的状态下的车辆的宽度方向上的中央侧，即图1和图2中的右侧。相反，在车辆宽度方向上的外侧，即图1和图2中的左侧称为相对于轴向的“外侧”。
轮毂17是由轮毂主体22和内圈23组合而成的，外周面具有双列内圈滚道24a、24b，与该外圈16同轴地支承在外圈16的内径侧。具体而言，轴向外侧列的内圈滚道24a直接形成在轮毂主体22的外周面的轴向中央部，并且在同样形成于靠近轴向内端的部分的小径阶差部25上，形成轴向内侧列的内圈滚道24b的内圈23外嵌并固定在外周面上。并且，通过使轮毂主体22的轴向内端部沿径向向外塑性变形而形成的铆接部26对内圈23的轴向内端面进行挤压。在轮毂主体22的轴向外端部，在比外圈16的轴向外端开口部更靠近轴向外侧突出的部分，设有用于支承车轮的旋转侧凸缘27。在该旋转侧凸缘27上设置有沿轴向贯通的结合孔(螺纹孔或贯通孔)28、28。
另外，也可以采用以下的构成：在轮毂主体的、与内圈被外嵌并固定的部分相比更靠轴向内侧突出的部分上形成有外螺纹部，通过使螺母与外螺纹部螺纹连接并进一步紧固，从而将内圈支承并固定于轮毂主体。
特别是在本例的情况下，在轮毂主体22的中央部设置有沿轴向贯通的贯通孔29。贯通孔29由设置在轴向外端部至中央部的外端侧大径部30；设置在靠近轴向中央部内端的部分上的小径部31；和设置在轴向内端部的内端侧大径部32构成。在该示例的情况下，通过在轮毂主体22的靠近轴向中央部内端的部分的内周面上，沿整个圆周形成比轴向两侧邻接部分更靠径向内侧突出的圆环形向内延伸凸缘部33，从而将贯通孔29划分为外端侧大径部30、小径部31以及内端侧大径部32。外端侧大径部30形成为内径尺寸向轴向外侧逐渐增大的大致梯形截面，而内端侧大径部32形成为内径尺寸向轴向内侧逐渐增大的大致梯形截面。在该示例的情况下，如下所述，贯通孔29内配置有上述的蓄电池14和充电器15；以及无线通信装置13的一部分(轴向外端部)。
各滚珠18和18，在两外圈滚道19a、19b和两内圈滚道24a、24b之间，每两列设置多个，并且设置成以通过保持架34、34被保持的状态，在以成对双联型轴承的接触角并施加预压的状态下自由滚动。在图示的例子中，直径、节圆直径和接触角的大小在两列滚珠18、18彼此之间设定为互相相等。但是，两列滚珠的直径不一定必须相同。例如，通过使得构成内侧(轴向内侧)的滚珠列的滚珠的直径比构成外侧(轴向外侧)的滚珠列的滚珠的直径大，并且使外侧滚珠列的节圆直径比内侧的滚珠列的节圆直径大，从而也能够确保外端侧大径部的空间体积增大(增大收纳于内部的蓄电池的容量)。
为了将外圈16支承并固定在转向节6上，将设置在外圈16的、比静止侧凸缘20更靠轴向内侧的部分(转向节侧的引导部)插入形成于转向节6的圆形的支承孔35，并且，将静止侧凸缘20的轴向内侧面与转向节6的轴向外端面抵接。并且，在该状态下，在设置于彼此对齐的位置处的、各安装孔21、21和设置在转向节6中的多个转向节侧安装孔(通孔或螺纹孔)中，分别将结合部件(螺栓)螺纹连接或插通并进一步拧紧。由此，外圈16被支承并固定在转向节6上。因此，在本例的情况下，外圈16相当于在使用状态下被支承并固定在悬架装置上且不旋转的静止侧滚道圈部件。
另一方面，构成车轮的轮子3和转子5被结合并固定到旋转侧凸缘27。为此，将设置在轮毂主体22的轴向外端部的、被称为引导部的定位筒部40依次插入(内嵌)至设置在转子5的中央部的转子中心孔38和设置在轮子3的中央部的轮子中心孔39内。由此，在轮子3和转子5于径向定位的状态下，在设置在彼此对齐的位置处的、各个结合孔28、28；形成在轮子3中的轮子结合孔41、41；以及形成在转子5中的转子结合孔42内，分别将结合部件43、43螺纹连接或插通并且进一步拧紧。由此，轮子3和转子5与旋转侧凸缘27的轴向外侧面结合并固定。因此，在本例的情况下，轮毂17相当于结合固定车轮并与该车轮一起旋转的旋转侧滚道圈部件。
在图示的例子中，轮子3由铝合金制成，并且由结合并固定到旋转侧凸缘27的轴向外侧面的圆盘部44和设置于圆盘部44的外周缘部的圆筒形轮辋部45构成。并且，轮胎2被支承并固定在轮辋部45的周围。另一方面，转子5具有曲柄形状的截面，并且整体形成为圆环板状。转子5具有：帽部46，其设置在内径侧部分，并结合固定于旋转侧凸缘27的轴向外侧面；和滑动部48，其设置于外径侧部分，并在刹车操作时，通过一对刹车片夹持，该刹车片支承于构成盘式刹车装置4的制动钳。
在本例的车轮支承用滚动轴承单元1的情况下，密封环49设置在外圈16的轴向外端开口部和轮毂主体22的轴向中央部外周面之间，并且外圈16的轴向内端开口部安装有一个有底筒状的护罩50。由此，能够防止密封在设置了各滚珠18、18的内部空间51中的润滑脂泄漏到外部空间，或防止存在于外部空间中的异物进入该内部空间51内。
护罩50由圆筒状的圆筒部52和圆板状的底部53构成，圆筒部52的轴向外端部内嵌固定于外圈16的轴向内端部的内周面。通过将设置在该圆筒部52的靠近轴向外端的部分的向外凸缘部(弯曲部)54与外圈16的轴向内端面对接，从而实现护罩50的轴向定位。底部53包括：外径侧圆环部55，其从圆筒部52的轴向内端部朝向径向内侧以弯曲成直角的状态设置；和中央圆板部56，其在底部53的中央部，设置于外径侧圆环部55的径向内侧。在本例中，圆筒部52和外径侧圆环部55，通过对不锈钢板等金属板进行冲压加工而一体地形成，而中央圆板部56由ABS树脂或AS树脂等具有优异的电波透过性的树脂构成。在图示的结构中，中央圆板部56构成为截面为大致“U”字形，在其外周缘部结合并固定于外径侧圆环部55的内周缘部的状态下，比外径侧圆环部55更靠轴向内侧突出。
在该示例的情况下，发电机12、无线通信装置13、蓄电池14和充电器15被组装到具有如上所述构造的轴承部11，而构成车轮支承用滚动轴承单元1。在本例的情况下，如图6的示意图所示，发电机12、无线通信装置(无线通信电路)13、蓄电池14、充电器(充电控制电路)15电连接构成轮毂轴承内置电路。
发电机12是用于产生三相交流电的磁铁式交流发电机，并且直接或者通过蓄电池14对后述的设置于车轮侧的传感器(轮胎侧、轮子侧的各传感器87、88)和无线通信装置13产生要供给的电力，具有彼此同心配置的定子57和转子58。再者，作为发电机12，也可以使用产生单相交流电的交流发电机。
定子57具有由磁性金属板构成为圆筒形的支承环59和支承并固定于支承环59的内周面上的永磁体60。永磁体60构成为圆筒形，沿径向磁化，并且磁化方向在圆周方向上以相等的间隔交替变化。因此，在永磁体60的内周面上，S极和N极以等间隔交替配置。在该例子中，在永磁体60的内周面上设置有S极与N极的组合共三组(六极)。此外，支承环59结合并固定到构成护罩50的圆筒部52的轴向内端部的内周面上。
另一方面，转子58由通过层叠多个电磁钢板而形成的定子铁芯61和线圈62、62构成。该等各线圈62、62卷绕安装在构成定子铁芯61的多个(图示例中为6个)放射状地配置的齿(凸极)63、63的周围。
并且，在该例子的情况下，将构成转子58的定子铁芯61，利用截面为曲柄形且整体上大致构成为圆环形的安装部件64，支承并固定到轮毂17的轴向内端部。更具体地，安装部件64由圆板部65、以从圆板部65的外径侧端部朝向轴向外侧弯曲的状态设置的大径筒部66以及以从圆板部65的内径侧端部朝向轴向内侧弯曲的状态设置的小径筒部67构成。并且，在大径筒部66通过过盈配合而外嵌固定于构成轮毂17的内圈23的轴向内端部(肩部)的状态下，定子铁芯61外嵌固定于小径筒部67。此外，在小径筒部67中的、与外嵌了定子铁心61的部分相比更靠轴向内侧突出的部分上锁固有大致呈“C”字形的止动环68，用于防止转子58沿轴向从安装部件64脱落。
在本例的情况下，在定子57结合固定于构成护罩50的圆筒部52的内周面，并且转子58经由安装部件64被支承固定于内圈23的状态下，定子57和转子58同轴配置，转子58(齿63、63)的外周面隔着微小间隙沿径向与构成定子57的永磁体60的内周面相对。通过采用这样的结构，当转子58与轮毂17一起旋转时，通过各线圈62、62的电磁感应作用产生电动势。即，通过使轮毂17与车轮一起旋转，发电机12发电。
无线通信装置13是与设置在车身7侧的电子设备即运算装置69之间进行无线通信的装置(在本例中能够进行发送和接收)，具有无线通信电路(基板)70和天线71。无线通信装置13在通过树脂模制被固定在壳体72中的状态下被配置在构成安装部件64的小径筒部67的径向内侧。在本例的情况下，壳体72构成为带有台阶的圆筒状，将设置于轴向中央部至内端部的小径部73，从轴向外侧内嵌并固定于构成安装部件64的小径筒部67上。此时，设置在壳体72的轴向外端部处的大径部74的轴向内侧面抵靠于构成安装部件64的圆板部65的轴向外侧面。这样，在该示例的情况下，无线通信装置13也利用安装部件64支承并固定到轮毂17(内圈23)上。
壳体72的轴向外端开口，通过与壳体72分体设置的圆板状的中继基板75封闭。中继基板75上设置有未图示的配线和多个端子，容纳于壳体72内的无线通信电路70电连接。在形成于中继基板75的轴向外侧面上的配线上，连接有沿轴向插入了构成壳体72的大径部74的、构成发电机12的线圈62、62的两端部。另一方面，壳体72的轴向内端部上配置有与无线通信电路70电连接的天线71。在本例的情况下，通过这样配置天线71，从而使得天线71与构成护罩50的树脂制中央圆板部56沿轴向接近并相对配置。因此，有效防止了进出天线71的无线信号被护罩50遮挡，在无线通信装置13和运算装置69之间可以高效地进行无线通信。
蓄电池14是用于存储由发电机12产生的电力的装置，并且通过串联连接多个蓄电池(例如，镍氢电池)而构成。充电器15对发电机12的发电电压进行整流，并根据该发电电压(输入电压)控制蓄电池14的充电。该充电器15具有：整流电路，用于将由发电机12产生的交流电压转换为直流电压；电压控制电路，用于不管转子58的转速如何变化都输出恒定电压(输出被控制为某个电压值的直流电压)；和电力控制电路，其根据发电机12的发电电压(输出电压)来控制对传感器和无线通信装置13的供电切换，并控制对蓄电池14的供电。
充电器15的电力控制电路具有监视发电机12的输出电压的功能。并且，当判断为车辆的行驶速度变高并且仅通过发电机12的输出电压就能够使传感器(轮胎侧和轮子侧的各传感器87和88)以及无线通信装置13工作时，将发电机12的输出电压(转换成直流电压)提供给传感器以及无线通信装置13，使该等传感器以及无线通信装置13工作。并且，通过剩余电力给蓄电池14充电。另一方面，当判断为车辆的行驶速度降低并且仅通过发电机12的输出电压不能使传感器以及无线通信装置13工作时，从蓄电池14给这些传感器和无线通信装置13供电，使该等传感器以及无线通信装置13工作。这样，在本例中，仅在车辆的行驶速度较低且发电机12的发电量不足的情况下，利用蓄电池14的电力使传感器以及无线通信装置13工作。由此，蓄电池14的使用频率降低，从而可降低蓄电池14的蓄电容量。
发电机12的输出电压根据支承并固定转子58的轮毂17的转速而变化，随着轮毂17的转速降低(车辆的行驶速度降低)而下降，随着轮毂17的转速变高(车辆的行驶速度变为高速)而增高。因此，充电器15检测发电机12的输出电压的大小，并计算轮毂17的转速(或车辆的行驶速度)。
并且，当轮毂17的转速(车辆的行驶速度)等于或高于仅通过发电机12的输出电压能够使传感器和无线通信装置13工作的预定速度时，如上所述，充电器15指示从发电机12向传感器和无线通信装置13供电，并且指示无线通信装置13维持与运算装置69之间进行的无线通信的频率即无线通信频率恒定。即，即使轮毂17的转速(车辆的行驶速度)变得更快，也指示无线通信装置13和运算装置69之间以恒定的时间间隔进行无线通信。
另一方面，当轮毂17的转速(车辆的行驶速度)低于仅通过发电机12的输出电压能够使传感器和无线通信装置13工作的预定速度时，充电器15如上所述，指示从蓄电池14给传感器和无线通信装置13供电，并且指示无线通信装置13根据轮毂17的转速(车辆的行驶速度)改变无线通信频率。更具体地，例如，如图7中所示，可以将无线通信频率与轮毂17的转速(车辆的行驶速度)设定为比例关系，使得无线通信的时间间隔内的车辆的行驶距离基本上保持恒定。在这种情况下，通过适当确定行驶距离，则可以对车辆运动控制中的传感器信息的更新频率(即无线通信频率)进行适当设定。或者，如图8所示，无线通信频率和轮毂17的转速(车辆的行进速度)也可以不设定为比例关系，根据轮毂17的转速(车辆的行驶速度)设定多个阈值，并且分阶段地设定无线通信频率。在该例子中，也可以从轮毂17的转速(车辆的行驶速度、发电机12的输出电压)，利用计算公式得到无线通信频率，也可以利用事先作成的表示速度(电压)和无线通信频率之间的关系的表格(表、图等)来确定无线通信频率。
充电器15中，如上所述，可以通过利用轮毂17的转速来确定无线通信频率，也可以从发电机12的输出电压或轮毂17的转速计算出车辆的行驶速度，利用该行驶速度来确定无线通信频率。此外，还可以从发电机12的输出电压直接确定无线通信频率。
在本例中，如果蓄电池14的蓄电量降低，并且，发电机12的发电量减少的话，不仅会导致传感器和无线通信装置13无法工作，而且充电器15也有可能无法工作。因此，优选防止蓄电池14的蓄电量为最小工作蓄电量以下。因此，在该示例的情况下，蓄电池14的蓄电量虽然大于最小工作蓄电量，但是低于预定的参考值，并且仅通过发电机12的发电量不可能使传感器和无线通信装置13等工作的情况下，不是如上所述采用根据轮毂17的转速(车辆的行驶速度)确定的无线通信频率，而是重新设定为预先确定的另一无线通信频率(频率更低，时间间隔更长)。因此，可以进一步降低功耗并抑制蓄电池14的蓄电量的减少。
在本例中，具有如上所述结构的蓄电池14和充电器15以电连接的状态，容纳在轴向外端侧具有开口部的蓄电池壳体76内，通过盖子77从轴向外侧盖住(密闭)。蓄电池壳体76包括：设置在轴向内端部的金属制轴状的连接部78；设于轴向中央部至外端部的合成树脂制中空筒状容纳部79；和以在整个圆周方向上覆盖容纳部79的轴向外端部的方式设置的金属制圆环状的连接器部80。并且，将蓄电池壳体76配置在轮毂主体22的贯通孔29内的状态下，将连接部78配置在小径部31和内端侧大径部32的内侧，将容纳部79及连接器部80配置在外端侧大径部30的内侧。在这种状态下，连接器部80沿径向无间隙地内嵌在构成轮毂主体22的定位筒部40的内侧，并且连接器部80的径向外端部的轴向内端面抵接于与定位筒部40的内周面的轴向内侧相邻设置的台阶面92上。此外，环形螺母81与突出到连接部78的内端侧大径部32中的部分螺纹接合。这样，在螺母81和连接器部80的径向外端部的轴向内端面之间，从轴向两侧夹持轮毂主体22的一部分，将蓄电池壳体76支承并固定于轮毂主体22的内侧。
如上所述将蓄电池壳体76支承并固定的状态下，设置于连接部78的前端部(轴向内端部)的多个端子83、83，以弹性推抵的方式与中继基板75电连接。更具体地，在将各端子83、83抵接于中继基板75的状态下，使设置在该等各端子83、83的基端部的、未图示的弹簧发生弹性变形。因此，即使当中继基板75(或蓄电池壳体76)的轴向位置稍微偏移，也能够将各端子83、83可靠地连接到中继基板75。设置在连接部78中的端子83、83分别具有：用于从中继基板75侧接收由发电机12产生的交流电压的端子；用于将存储在蓄电池14中的电压向中继基板75侧发送的端子；和用于将连接到连接器部80的传感器(轮胎侧，轮子侧各传感器87、88)的输出信号发送到中继基板75侧的端子。因此，在连接部78内，未图示的多条信号线和电源线被以模制和绝缘的状态进行配置，电源线与充电器15(蓄电池14)连接，信号线与连接器部80连接。
充电器15配置在容纳部79的里侧(轴向内侧)，蓄电池14配置在开口部侧(轴向外侧)。这样，在蓄电池14配置在容纳部79内并安装有盖子77(拧紧并固定)的状态下，将与充电器15电连接的一对端子84连接到设置于蓄电池14的轴向两端部的电极上。在本例中，在盖子77的内表面(轴向内侧面)上设置一个端子84。利用这种构成，由发电机12产生的电力通过构成充电器15的全波整流电路进行整流。
连接器部80是用于连接配线(89a、89c)的装置，该配线(89a、89c)用于与设置在车轮上的一个或多个传感器(轮胎侧和轮子侧的各传感器87、88)连接，在轮子3结合并固定于车轮支承用滚动轴承单元1的状态下，连接器部80位于轮子中心孔39的内侧(外周缘部分)。换句话说，其设置在本例的车轮支承用滚动轴承单元1的、最靠近轴向外侧的位置。连接器部80具有从蓄电池壳体76的轴向外端面沿轴向突出(露出)的、分别由一对引脚85a、85b构成的多个(图示例中为3个)传感器连接器(凸型连接器)86、86。关于这两个引脚85a和85b的类型(功能和用途)，可以根据模拟信号用和数字信号用等适当地确定。例如，一个引脚85a用作供电用引脚，而另一个引脚85b可以用作信号用引脚。在这种情况下，一个引脚85a与充电器15电连接，并且另一个引脚85b如上所述，经由中继基板75连接到无线通信装置13。
在本例中，从抑制轮胎更换成本的角度出发，如图1所示，用于测量轮胎2的状态量的传感器中，将磨损传感器、轮胎应变传感器、温度传感器等、用于测量那些只有直接设置在轮胎2上才能进行测量的状态量的轮胎侧传感器87直接设置在轮胎2中。另一方面，气压传感器、车轮应变传感器、加速度传感器等、用于测量那些不设置在轮胎2上也能够进行测量的状态量的轮子侧传感器88，设置在轮子3(图示的例子中为轮辋部45)上。并且，轮子侧传感器88和任一个传感器连接器86，通过沿构成轮子3的圆盘部44的轴向内侧面配置的配线89a以及设置于配线89a的端部的凹型连接器91连接。另一方面，轮胎侧传感器87经由安装在轮子3(轮辋部45)上的中继连接器90连接。具体地，轮胎侧传感器87和中继连接器90之间通过配线89b连接，中继连接器90和另一传感器连接器86通过配线89c和凹型连接器91连接。这样，通过在轮胎侧和轮子侧分开配线89b和配线89c，能够容易地进行轮胎更换时的操作。再者，对于剩余的一个传感器连接器86，虽然没有连接传感器，但也可以根据需要连接传感器。另外，根据蓄电池容量，可以增加传感器连接器的数量，并且可以增加可连接的传感器的数量。
在具有如上所述的结构的本例的车轮支承用滚动轴承单元1中，当车轮(轮胎2和轮子3)随着车辆的行驶而旋转时，轴承部11的、作为旋转侧滚道圈部件的轮毂17旋转。这样，支承并固定于轮毂17的轴向内端部的转子58，相对于支承并固定于作为静止侧滚道圈部件的外圈16的定子57相对旋转。由此，由该等定子57和转子58构成的发电机12进行发电。并且，由发电机12产生的交流电压通过电缆等(未图示)被发送到蓄电池壳体76中的充电器15，并被转换成直流电压。并且，在该充电器15检测(监测)发电机12的输出电压的大小，确定是将该发电机12的输出电压直接提供给传感器和无线通信装置13，还是将蓄电池14的电力提供给传感器和无线通信装置13。无论哪种操作，对传感器供电时，都是通过构成连接器部80的传感器连接器86、凹型连接器91和配线89a～89c提供。因此，传感器(轮胎侧、轮子侧的各传感器87和88)检测轮胎2和轮子3的状态量(例如轮胎气压、变形、垂直力、加速度、温度等)。
之后，轮胎侧和轮子侧的各传感器87、88的输出信号，通过配线89a～89c被发送到传感器连接器86，然后经由连接部78和中继基板75等被发送到无线通信装置13中。并且，由构成无线通信装置13的天线71，以基于轮毂17的转速(车辆的行驶速度)确定的无线通信频率，将轮胎侧和轮子侧的各传感器87、88的输出信号通过护罩50的中央圆板部56无线发送到配置于车身7侧的运算装置69。结果，运算装置69接收轮胎侧和轮子侧的各传感器87、88的输出信号，即轮胎2和轮子3的状态量，并应用于车辆的运动控制等。
在本例的车轮支承用滚动轴承单元1的情况下，通过无线通信装置13(天线71)从运算装置69接收与车辆的行驶速度有关的信号。并且，只有当行驶速度等于或大于可以被确定为处于行驶状态的预定值时，才向轮胎侧和轮子侧的各传感器87、88供电，并且当行驶速度小于可以被确定为处于基本停止状态的预定值时，停止供电。通过执行这种供电控制，防止了蓄电池14的不必要的功耗。
根据具有上述结构的车轮支承用滚动轴承单元1，可以减小内置蓄电池14的容量。也就是说，在本例的情况下，通过蓄电池14的供电，在使传感器和无线通信装置13工作的低速行驶期间，根据轮毂17的转速(车辆的行驶速度)来改变无线通信装置13与配置在车身侧的运算装置69之间进行无线通信的频率(无线通信频率)。更具体地，当车辆的行驶速度较高时(发电机12的发电量增加，供给到蓄电池14的电力较多的情况下)，增加无线通信频率(缩短无线通信彼此的时间间隔)，当车辆的行驶速度较低时(发电机12的发电量减少并且对蓄电池14的供电较少的情况下)，降低无线通信频率(延长无线通信彼此的时间间隔)。因此，在本例的情况下，可以有效地降低因使用无线通信装置13而引起的蓄电池14的功耗。因此，由于可以减小蓄电池14的蓄电容量，所以可以通过减小体积来实现蓄电池14的小型化，并且还可以降低成本。此外，根据轮毂17的转速(车辆的行驶速度)来改变无线通信频率，所以降低了无线通信的频率，即使传感器信息的更新间隔较长，也能够抑制有关车辆运动控制的性能下降。也就是说，车辆仅行驶一定距离的情况下，车速越慢所需要的时间越长，通过根据车速来改变无线通信频率，可以将车辆行驶一定距离期间所实施的无线通信次数基本保持恒定，并且可以抑制与车辆运动控制有关的性能下降。
在本例的情况下，由于轮胎侧和轮子侧的各传感器87、88不是安装在车轮支承用滚动轴承单元1侧，而是安装在车轮(轮胎2和轮子3)侧，所以例如即使检测到作用于轮胎2的力，也能够正确地进行检测而与盘式刹车装置4的动作状态(制动器的作用状态)无关。
在本例的情况下，由设置在车轮支承用滚动轴承单元1中的发电机12产生的电力可以供给到轮胎侧和轮子侧的各传感器87、88。此外，可以将轮胎侧和轮子侧的各传感器87、88的输出信号，从设置在车轮支承用滚动轴承单元1中的无线通信装置13无线传输到设置于车身7侧的运算装置69。因此，在将车轮支承用滚动轴承单元1安装到转向节6时，不需要进行线束的布线操作，可以提高组装操作性。
另外，在更换轮胎2时，设置在车轮支承用滚动轴承单元1中的发电机12、无线通信装置13、蓄电池14和充电器15可以保持原状态继续使用(只更换设置在轮胎2中的轮胎侧传感器87就足够了)。因此，与将发电装置等设置在轮胎中的情况相比，能够抑制轮胎更换时的成本为较低值。
另外，在本例的情况下，即使在为了防止不均匀磨损而进行轮胎换位(变更轮胎的位置)的情况下，由于没有改变具有无线通信功能的车轮支承用滚动轴承单元1自身的安装位置，因而可以防止不能判断车身7侧的运算装置69接收到的信号是哪个轮胎的信号的情况发生。
第二实施方式
在上述第一实施方式的情况下，无线通信装置13与车身侧的运算装置69之间进行无线通信(发送传感器信息)的频率，即无线通信频率，通过设置在车轮支承用滚动轴承单元1内部的充电器15进行确定。另一方面，在本例的情况下，参照图6进行说明，基于构成设置在车身侧的运算装置69的控制部93所具有的关于车辆的行驶速度的信息，在该运算装置69侧确定无线通信频率。关于通过运算装置69(控制部93)确定无线通信频率的方法，与在第一实施方式中描述的、由充电器15确定无线通信频率的方法相同。并且，将关于所确定的无线通信频率的信息从运算装置69的无线通信电路94无线发送到无线通信装置13，并且以无线通信频率执行无线通信。再者，在具有这种配置的本例的情况下，充电器15不需要由发电机12检测输出电压的功能。关于其他配置和作用效果与第一实施方式的情况相同。
产业上的可利用性
在上述各实施方式中，举例说明了将传感器安装在车轮(轮子和轮胎)上的情况，但也可以将传感器安装在车轮支承用滚动轴承单元上。此外，在各实施方式中，说明了两列的滚珠的直径和节圆直径彼此相等的情况，但也可以采用例如构成内侧(轴向内侧)的滚珠列的滚珠的直径大于构成外侧(轴向外侧)的滚珠列的滚珠的直径，并且外侧的滚珠列的节圆直径大于内侧的滚珠列的节圆直径。通过采用这种结构，也可以确保外端侧大径部的空间容积(增加容纳在内部的蓄电池的容量)。此外，本发明不限于用于从动轮，也可以应用于驱动轮用的车轮支承用滚动轴承单元。
如上所述，本发明不限于上述实施方式，并且本领域技术人员可以基于相互组合实施方式的各配置和说明书的描述以及已知技术进行修改和应用，这些也是本发明的预定公开内容，并且包含于要求保护的范围内。
本申请基于2015年12月4日申请的日本专利申请(日本特愿2015-237376)和2016年1月15日申请的日本专利申请(日本特愿2016-6139)，并且其内容通过引用并入本文。

Claims (8)

1.一种车轮支承用滚动轴承单元，其特征在于，
所述车轮支承用滚动轴承单元具有：外径侧滚道圈部件，其在内周面具有外圈滚道；内径侧滚道圈部件，其在外周面具有内圈滚道；和多个滚动体，其滚动自如地设置在该外圈滚道和内圈滚道之间，所述外径侧滚道圈部件和所述内径侧滚道圈部件中的任一个的滚道圈部件是在使用状态下支承并固定于悬架装置且不旋转的静止侧滚道圈部件，
另一个滚道圈部件具有：
轴承部，其是结合固定车轮并与该车轮一起旋转的旋转侧滚道圈部件；
无线通信装置，其与配置于车身侧的电子设备之间，对包含传感器的输出信号的信号进行无线通信；
发电机，该发电机具有支承于所述静止侧滚道圈部件的定子和支承于所述旋转侧滚道圈部件的转子，并基于该定子和转子的相对旋转产生电力；和
蓄电池，其用于存储由所述发电机所产生的电力，
当由所述发电机所产生的发电量不足以使所述传感器和所述无线通信装置工作的情况下，由所述蓄电池向该传感器和无线通信装置供电，
所述车轮支承用滚动轴承单元中，
根据所述旋转侧滚道圈部件的转速或车辆的行驶速度，来改变所述无线通信装置进行无线通信的频率，即无线通信频率。
2.如权利要求1所述的车轮支承用滚动轴承单元，其中，
利用所述发电机的输出电压，求出所述旋转侧滚道圈部件的转速或所述车辆的行驶速度。
3.如权利要求1所述的车轮支承用滚动轴承单元，其中，
当所述旋转侧滚道圈部件的转速或所述车辆的行驶速度等于或高于预定速度时，增加所述无线通信频率，并且当所述旋转侧滚道圈部件的转速或所述车辆的行驶速度低于所述预定速度时，减少所述无线通信频率。
4.如权利要求2所述的车轮支承用滚动轴承单元，其中，
当所述旋转侧滚道圈部件的转速或所述车辆的行驶速度等于或高于预定速度时，增加所述无线通信频率，并且当所述旋转侧滚道圈部件的转速或所述车辆的行驶速度低于所述预定速度时，减少所述无线通信频率。
5.如权利要求3所述的车轮支承用滚动轴承单元，其中，
所述无线通信频率根据旋转侧滚道圈部件的转速或车辆的行驶速度或者发电机的输出电压而改变。
6.如权利要求3至5的任意一项所述的车轮支承用滚动轴承单元，其中，
所述无线通信频率与旋转侧滚道圈部件的转速或车辆的行驶速度成比例，使得无线通信的时间间隔内的车辆的行驶距离基本上恒定。
7.如权利要求3至5的任意一项所述的车轮支承用滚动轴承单元，其中，
以根据旋转侧滚道圈部件的转速或车辆的行驶速度设定的多个阈值，分阶段地设定所述无线通信频率。
8.如权利要求3或4所述的车轮支承用滚动轴承单元，其中，
在所述蓄电池的蓄电量大于最小工作蓄电量，等于或小于预定的参考值，仅通过发电机的发电量不能使所述传感器和所述无线通信装置工作时，不采用根据旋转侧滚道圈部件的转速或车辆的行驶速度确定的无线通信频率，而是采用以低频率和长时间间隔预先确定的另一无线通信频率。
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