CN1793676A - 带有传感器的滚动轴承装置 - Google Patents

Abstract

传感器(47)包括：具有4个或4个以上磁极齿(48b)，并与固定侧轨道部件(43)同心的定子(48)；和卷绕在各磁极齿(48b)上的励磁线圈(49)及检测线圈(50)，对应于磁极齿(48b)和回转例轨道部件(44)的距离，从各磁极齿(48b)中取出生成于检测线圈(50)中的信号，根据这些信号，在处理机构中求出作用于滚动轴承(41)上的负载。

Description

带有传感器的滚动轴承装置

技术领域

本发明涉及一种将滚动轴承、与检测其各种信息的传感器装置一体化的带有传感器的滚动轴承装置。

背景技术

在汽车中，为对其进行控制，需有各种信息，因此人们提出了在轮毂组件(车轮用滚动轴承装置)上设置传感器装置的提案，其中，这种轮毂组件由固定到车体侧的固定侧轨道部件、安装有车轮的回转侧轨道部件、及配置于这两部件之间的二列滚动体构成。以往的传感器装置主要用于求出对ABS必要的车轴回转速度等，但为了更加精确良好地进行车辆控制，如何检测轮胎接地负载就成了新的课题。在进行此负载检测时，人们要求使用能兼顾精度与成本的传感器。

作为带有传感器的滚动轴承装置上的传感器，在日本特开2003-232378号公报中公开了，将AE传感器配置在滚动体近旁的技术。

在此，虽然考虑将AE传感器用作负载检测用传感器，但是如上所述的那样：在滚动体近旁配置AE传感器时，因轨道面被研磨且封入有润滑剂，所以由滚动体发出的声音较小，无法得到负载检测所要求的充分输出。

另外，日本特开2004-205388号公报中有如下提案：利用分解器作为带有传感器的滚动轴承装置的传感器。

在上述日本特开2004-205388号公报中的带有传感器的滚动轴承装置中的分解器的结构如下：具有带有多个磁极齿且与固定侧轨道部件同心的定子、和卷绕在各磁极齿上的励磁线圈及检测线圈，卷绕在各磁极齿上的线圈之间通过连接线连接，将卷绕在各磁极齿上的检测线圈的信号加以平均，由此来检测回转角度。因此，使用此分解器并求出作用于轮毂组件上的负载变化时，存在着因平均化而导致输出值钝化的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有传感器的滚动轴承装置，可进行轮胎接地负载的检测，而且，在作此负载检测时，可使用精度和成本均能得到兼顾的传感器。

本发明的另一目的在于提供一种带有传感器的滚动轴承装置，可使用AE传感器作为传感器来进行负载检测。

此外，本发明的其他目的在于提供一种带有传感器的滚动轴承装置，与作为传感器使用公知的分解器的情况相比，可提高负载检测精度。

根据第1技术方案的带有传感器的滚动轴承装置包括：滚动轴承，其具有固定侧轨道部件、回转侧轨道部件及滚动体；传感器装置，其具有设置在固定侧轨道部件上的传感器、及根据传感器的输出求出作用于滚动轴承上的负载的处理机构，其中，传感器为AE传感器，其配置在设置于固定侧轨道部件和回转侧轨道部件之间的密封装置近旁，根据用AE传感器检测出的密封装置的滑动声，在处理机构中求出作用于滚动轴承上的负载。

密封装置例如由设在固定侧轨道部件上的密封部件(在内芯上粘接弹性密封件的部件)构成，或由设在固定侧轨道部件上的密封部件及设在回转侧轨道部件上的甩油环组成。对密封装置的结构并没有限制，只要是能伴随回转侧轨道部件的回转产生滑动声即可。

AE(声发射)传感器为公知的装置，用它可以检测出在滚动轴承中边接触边运动的部件之间的声音，例如滚动体与固定侧轨道部件之间的接触音。但是，该接触音伴随回转的变化而发生的变化较小，因此通过使用设在固定侧轨道部件上的密封装置与回转侧轨道部件之间的滑动音来代替上述接触声，可以对伴随回转的变化而变化较大的声音进行检测。而且，通过预先求出此滑动音和作用在滚动轴承上的负载(例如轮胎接地负载)之间的关系，并将由AE传感器测得的滑动音变换为负载，可求出作用于滚动轴承上的负载。AE传感器的数目至少为1个，根据必要的负载的成分数目可适当地增减。

第2技术方案的带有传感器的滚动轴承装置包括：滚动轴承，其具有固定侧轨道部件、回转侧轨道部件及滚动体；传感器装置，其具有设置在固定侧轨道部件上的传感器、及根据传感器的输出求出作用于滚动轴承上的负载的处理机构，其中，传感器包括：具有4个或4个以上磁极齿，并与固定侧轨道部件同心的定子；和卷绕在各磁极齿上的励磁线圈及检测线圈，对应于磁极齿和回转侧轨道部件的距离，从各磁极齿中取出生成于检测线圈中的信号，根据这些信号，在处理机构中求出作用于滚动轴承上的负载。

传感器包括：具有4个或4个以上磁极齿，并与固定侧轨道部件同心的定子；和卷绕在各磁极齿上的励磁线圈及检测线圈，在利用励磁所产生的电磁感应的这一点上与公知的分解器相同，但在从各个磁极齿上取出检测线圈上生成的信号(全周上多极的电磁诱导产生的多个输出)、各检测线圈分别作为位移传感器而发挥作用的这一点上，与将在检测线圈中生成的信号平均化，只取出1个此平均信号的分解器不同。在使用分解器的情况下，因信号被平均化而钝化，所以用于得到负载信息的输出不充分，而在使用此传感器时，通过从各检测线圈取出信号，可得到在各部的位移信息，通过将此信号变换为负载信息，可利用分解器构造并由分解器性能不同的各部位的位移信息求出作用于滚动轴承上的负载(例如轮胎接地负载的3方向分力)。

磁极齿例如为8个或10个，沿周方向等间隔地设置，如果其数目在4个以上，则其数目没有特别限定，另外，也可以是不等间隔设置。

处理机构最好具有3方向分力计算部，该3方向分力计算部将表示出作用于滚动轴承上的上下方向成分、前后方向成分和左右方向成分的负载与各检测线圈输出的关系的接地负载计算式加以蓄积，根据各检测线圈的输出，使用此接地负载计算式，求出作用于滚动轴承上的负载的上下方向成分、前后方向成分及左右方向成分。接地负载计算式，可通过进行台上试验等而预先求出。

在滚动轴承装置为车轮用的轮毂组件的情况下，传感器设在轮毂组件的大致中央部，另外，也可能设在轮毂组件的轴向内侧端部。若为前者，则定子例如以面朝回转侧轨道部件的外径的方式被压入固定到固定侧轨道部件的内径中，若为后者，则定子例如由压入固定侧轨道部件端部的支承部件支承，并面朝安装在回转侧轨道部件上的转子。

根据第2技术方案的带有传感器的滚动轴承装置，通过分别利用所有检测线圈的输出，可检测出在周方向各部中的位移，不只能检测出3方向分力，还可检测出转矩或力矩。处理机构为具有力矩计算部，该力矩计算部可累积表示出作用于滚动轴承上的围绕着上下轴及/或围绕着前后轴的力矩和各检测线圈输出之间的关系的力矩计算式，根据各检测线圈的输出，使用力矩计算式，求出作用于滚动轴承上力矩。处理机构还具有将所有检测线圈的输出平均，只取出此平均信号这1个信号便可求出回转信息的回转信息计算部。

根据第1及第2技术方案的带有传感器的滚动轴承装置，可使用能够兼顾精度与成本的传感器来检测出轮胎接地负载。

另外，根据第1技术方案的带有传感器的滚动轴承装置，通过AE传感器，从伴随回转的变化较大的密封装置检测出来的滑动声，通过将得到的滑动声变换为负载，可高精度地求出作用于轴承上的负载。

另外，根据第2技术方案的带有传感器的滚动轴承装置，仅通过在固定侧轨道部件上组装卷绕有线圈的定子，定子的4个或4个以上的磁极齿即可作为所有位移的传感器产生作用，因此可根据这些信号高精度地求出作用在滚动轴承上的负载。此外，与安装多个位移传感器的情况相比，只需1个传感器即可，可简化组装并可低成本化。

附图说明

图1为纵剖视图，表示出第1技术方案的带有传感器的滚动轴承装置的第1实施方式。

图2为表示由AE传感器检测出的声音大小的图表，其中(a)表示设在本发明位置上的情况，(b)表示为与其进行比较而设在滚珠近旁的情况。

图3为纵剖视图，表示出第2技术方案的带有传感器的滚动轴承装置的第1实施方式。

图4为图3的主要部分的横剖视图。

图5为纵剖视图，表示出第2技术方案的带有传感器的滚动轴承装置的第2实施方式。

具体实施方式

图1为纵剖视图，表示出第1技术方案的带有传感器的滚动轴承装置的第1实施方式。在下面的说明中所说的左、右是指图1中的左、右。其中，左为车辆的内侧，右为车辆的外侧。

此带有传感器的滚动轴承装置，作为带有传感器的轮毂组件使用，具有轮毂组件(车轮用滚动轴承装置)1，和检测轮胎接地负载的传感器装置2。

轮毂组件1具有：固定到车体侧的固定侧轨道部件3、安装车轮的回转侧轨道部件4、在这两部件3、4间设置成二列的多个作为滚动体的滚珠5，以及分别保持各列滚珠5的保持器6。

固定侧轨道部件3具有轴承外轮(固定轮)的功能，其具有：圆筒部12，在该圆筒部12的内周面上形成有2列外轮轨道；凸缘部13，该凸缘部13设在靠近圆筒部12左端部处，且由螺栓安装在悬架装置(车体)上。

回转侧轨道部件4包括内轴14和内轮17，其中，该内轴14具有带有第1轨道槽15a的大径部15、和外径比第1轨道槽15a的外径还小的小径部16；该内轮17嵌入固定在内轴14的小径部16外径上，且其右表面紧密接合在内轴14的大径部15左表面上。在内轴14的右端近旁设有凸缘部18，该凸缘部18上固定有多个螺栓19，用于安装车轮。在内轮17的右部形成有轨道槽17a，该轨道槽17a与内轴14的轨道槽15a并列，在内轮17的左部形成有肩部17b。在固定侧轨道部件3的右端部与内轴14之间设有密封装置20。在内轴14的小径部16的左端部设有外螺纹部，由与该外螺纹部螺纹配合的螺母21将内轮17固定在内轴14上。在固定侧轨道部件13的左端部罩盖并固定有盖22。

传感器装置2具有设置在固定侧轨道部件3外径上的AE传感器10、和处理传感器10输出的处理机构(省略图示)。AE传感器10配置在密封装置20的近旁。当接地负载(径向负载及轴向负载)作用于轮胎上时，回转侧轨道部件4相对于固定侧轨道部件3发生位移量变化，由此，与回转侧轨道部件4接触的密封装置20的滑动声发生变化。图2为分别将AE传感器10配置在密封装置20的近旁(图1中用实线表示的位置)时、和将AE传感器S配置在图1中用双点划线表示出的位置(内列滚珠5的近旁)上时，调查回转前后的传感器输出的变化图表，其中(a)表示在密封装置20的近旁配置AE传感器10时的变化情况，(b)表示在滚珠5的近旁配置时的变化情况。从此图表中可看出，AE传感器S配置在滚珠5的近旁时，回转前后声音的变化小，而将AE传感器10配置在密封装置20的近旁时，回转前后声音的变化大，根据此配置可检测密封装置20的滑动音。因此，通过预先求出用AE传感器10检测出的滑动音与轮胎接地负载之间的关系，可使用此关系式，根据由AE传感器10测得的滑动音来求出轮胎接地负载。得到的轮胎接地负载被输出到车辆控制机构，以对车辆进行适当的控制。

此外，在上述内容中对带有传感器的轮毂组件进行了说明，但上述传感器装置，也可与轮毂组件以外的各种滚动轴承一体使用。

图3及图4表示第2技术方案的带有传感器的滚动轴承装置的第1实施方式。在下面的说明中，以图3的左、右为左、右。其中，左为车辆的内侧，右为车辆的外侧。

该带有传感器的滚动轴承装置被作为带有传感器的轮毂组件使用，具有轮毂组件(车轮用滚动轴承装置)41、和检测轮胎接地负载的传感器装置42。

轮毂组件41具有固定到车体侧的固定侧轨道部件43、安装车轮的回转侧轨道部件44、在这两部件43、44间成2列配置的多个作为滚动体的滚珠45、以及分别保持各列滚珠45的保持器46。

固定侧轨道部件43具有：圆筒部52，在该圆筒部52内周面上形成有2列外轮轨道，和设在近圆筒部52左端部且用螺栓安装在悬架装置(车体)上的凸缘部53。回转侧轨道部件44包括轴部54和环部57，其中，该轴部54包括具有第1轨道槽55a的大径部55、及外径比第1轨道槽55a的直径还小的小径部56，该环部57被嵌合固定在轴部54的小径部56外径上。在轴部54的左端部形成有外螺纹部，在外螺纹部上，旋合着使环部57与轴部54的大径部55的左端面紧密接合的螺母58。在轴部54的右端近旁设有凸缘部60，该凸缘部60上固定有多个螺栓59，用于安装车轮。在环部57上形成有轨道槽57a，该轨道槽57a与轴部55的轨道槽55a并列。在固定侧轨道部件43的右端部与轴部55之间设有密封装置61。

传感器装置42具有设置在固定侧轨道部件43上的传感器47、以及根据传感器47的输出求出作用于轮毂组件41上负载的处理机构(省略图示)。

传感器47包括：定子48，其具有与固定侧轨道部件43同心的圆环部48a、及在此内周面上沿周向等间隔设置的4个或4个以上(图示为10)的磁极齿48b；卷绕在各磁极齿48b上的励磁线圈49及检测线圈50；向各励磁线圈49输出电流的电源(省略图示)；信号线51，其用于将各检测线圈50的信号取出到外部。励磁线圈49及检测线圈50不是由过渡线连接彼此相邻的各磁极齿48b而成，而是对各磁极齿48b分别设有输出线及输入线。将磁极齿48b的顶端与回转侧轨道部件44的外周隔有若干间隙地相对，在这种状态下，将定子48压入固定到固定侧轨道部件43的轴向大致中央部。当有电流从各励磁线圈49上流过时，对应于磁极齿48b与回转侧轨道部件44的距离，在检测线圈50中生成电磁感应电流，各磁极齿48b上由此电流产生的电压分别由检测线圈50取出。

例如，当外部负载作用于与各磁极齿48b对置且与之同心的回转侧轨道部件44上时，回转侧轨道部件44的轴心偏心，由此，各磁极齿48b的内周面和回转侧轨道部件44外周面之间的距离对每个磁极齿48b都不同。因此，与通过过渡线连接各磁极齿48b、使各磁极齿48b的检测线圈50的输出被平均化的情况相比，通过对每个磁极齿48b设置励磁线圈49及检测线圈50而取出输出的信号，可更高精度地检测偏心。再有，通过呈与回转侧轨道部件44对置状等间隔地设置4个磁极齿48b，而检测各磁极齿48b的输出，可经未图示的处理机构来计算上下方向及左右方向的负载。

在处理机构里，储存有接地负载计算式，这接地负载计算式表示出作用于轮毂组件41上的轮胎接地负载的上下方向成分、前后方向成分和左右方向成分与各检测线圈50输出之间的关系，处理机构还具有3方向分计算部，这3方向分计算部根据各检测线圈50的输出，使用上述接地负载计算式，求出作用于轮毂组件41上的轮胎接地负载的上下方向成分、前后方向成分及左右方向成分。

图5表示第2技术方案的带有传感器的滚动轴承装置的第2实施方式。其中，在以下的说明中，对与第1实施例相同的结构标以相同的符号，并省略对其的说明。

此带有传感器的滚动轴承装置也被作为带有传感器的轮毂组件使用，具有轮毂组件41，和用于检测轮胎接地负载的传感器装置62。

轮毂组件41的环部57是通过沿径向外方铆接回转侧轨道部件44的小径部56的端部来固定到轴部54上。

传感器装置62被设置在轮毂组件41的左端部(轴方向内侧端部)，其具有传感器67，其由设置在固定侧轨道部件43上的传感器支承部件63支承；转子65，其由设置在回转侧轨道部件44上的转子安装轴64支承；处理机构(省略图示)，其根据传感器67的输出来求出作用于轮毂组件41上的负载。

传感器67与第1实施方式中的传感器相同(参照图4)，具有定子68和由卷绕在各磁极齿68上的励磁线圈69及检测线圈70，其中，该定子68具有与固定侧轨道部件43同心的圆环部68a、和在该圆环部68a内周面上沿周向等间隔设置的4个或4个以上(图示为10个)的磁极齿68b，在每个磁极齿68b上，对励磁线圈69及检测线圈70分别设有输出线及输入线。

传感器支承部件63为圆筒状，在其右端部设有压入固定侧轨道部件43左端部内径中的右方突出部63a，在其大致中央部位设有朝向径向内方突出的突出部63b，用于使定子68定位。

转子安装轴64，其右端部固定到回转侧轨道部件44的小径部56上。在转子安装轴64的左端部旁设有转子嵌合部64a，该转子嵌合部64a的直径小于位于其右侧的部分的直径，在转子安装轴64的左端部设有直径比转子嵌合部64a的直径还小的螺纹部64b。转子65嵌入配合在转子安装轴64的转子嵌合部64a上，并通过在螺纹部64b上旋合螺母66，将转子65固定到安装轴64上。

定子68的磁极齿68b的内径与转子65的外周之间隔有若干间隙相对，在该状态下定子68被嵌入到支承部件63的内径中。在支承部件63上，由螺栓72固定盖71，用于防止转子65拔出。

当有电流从各励磁线圈69中流过时，对应于磁极齿68b与转子65的距离，在检测线圈70中生成电磁感应电流，在各磁极齿68b上，由此电流产生的电压由检测线圈70取出。

在处理机构里，储存有接地负载计算式，这接地负载计算式表示出作用于轮毂组件41上的轮胎接地负载的上下方向成分、前后方向成分和左右方向成分与各检测线圈70的输出之间的关系，处理机构具有3方向分计算部，其根据各检测线圈70的输出，使用上述接地负载计算式，求出作用于轮毂组件41上的轮胎接地负载的上下方向成分、前后方向成分及左右方向成分。

根据上述第2发明的带有传感器的滚动轴承装置的结构，当轮胎接地负载变化时，回转侧轨道部件44相对于固定侧轨道部件43发生位移量变化，与此相伴随，由传感器47、67的各检测线圈50、70检测出的磁极齿48b、68b与回转侧轨道部件44的距离发生变化。此距离的变化作为电压变动量从传感器47、67的各检测线圈50、70输出。在传感器处理机构的3方向分力计算部中，根据此输出信号，求出轮胎接地负载的上下方向成分、前后方向成分及左右方向成分。得到的接地负载被输出到车辆控制机构，以对车辆施行适当控制。

另外，第2发明的传感器装置也可与轮毂组件以外的各种滚动轴承一体使用。

作为求出作用在滚动轴承的负载时使用的传感器，可以是负载传感器、位移传感器、变形传感器、6分测力计、分解器等，但其分别存在着问题，而根据本发明的带有传感器的滚动轴承的结构，则可避免使用负载传感器时的必须有预压且调整难的问题，可避免使用位移传感器时需对检测物进行处理的问题，可避免使用变形传感器时有温度偏差的问题，可避免使用6分测力计时的造价高的问题，可避免使用分解器时的负载检测精度不好的问题。

Claims (2)

1.一种带有传感器的滚动轴承装置，其包括：滚动轴承，其具有固定侧轨道部件、回转侧轨道部件及滚动体；传感器装置，其具有设置在固定侧轨道部件上的传感器、及根据传感器的输出求出作用于滚动轴承上的负载的处理机构，其特征在于，

传感器为AE传感器，其配置在设置于固定侧轨道部件和回转侧轨道部件之间的密封装置近旁，根据用AE传感器检测出的密封装置的滑动声，在处理机构中求出作用于滚动轴承上的负载。

2.一种带有传感器的滚动轴承装置，其包括：滚动轴承，其具有固定侧轨道部件、回转侧轨道部件及滚动体；传感器装置，其具有设置在固定侧轨道部件上的传感器、及根据传感器的输出求出作用于滚动轴承上的负载的处理机构，其特征在于，

传感器包括：具有4个或4个以上磁极齿，并与固定侧轨道部件同心的定子；和卷绕在各磁极齿上的励磁线圈及检测线圈，对应于磁极齿和回转侧轨道部件的距离，从各磁极齿中取出生成于检测线圈中的信号，根据这些信号，在处理机构中求出作用于滚动轴承上的负载。

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