JP2004132475A

JP2004132475A - 車軸用転がり軸受装置

Info

Publication number: JP2004132475A
Application number: JP2002297921A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Inoue; 井上　昌弘
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】車軸用転がり軸受装置において、回転体の回転状態を高精度に検出できるようにする。
【解決手段】外輪３１の内周に多数の転動体３３を介してハブ軸２を回転自在に挿通した車軸用転がり軸受装置１において、ハブ軸２の回転状態を検出するためのＶＲタイプのブラシレスレゾルバ１０を備えている。このブラシレスレゾルバ１０は、例えばハブ軸２側に一体的に設けられるロータ（六角ナット６）と、外輪３１側に一体的に設けられるステータ１２と、励磁巻線１３と、第１、第２出力巻線１４，１５とを備えている。ブラシレスレゾルバ１０は、ハブ軸２が停止しているときにほぼ一定の振幅の信号を出力し、ハブ軸２と一体の六角ナット６が回転しているときに、その回転状態に応じて振幅が無段階に変化する信号を出力する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの車軸用転がり軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車などでは、車軸用転がり軸受装置に対して、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）等の制御に用いる回転検出器を装備させることがある。
【０００３】
このような回転検出器には、周知のパッシブタイプ（特許文献１参照）とアクティブタイプ（特許文献２参照）とがあるが、後者の回転検出器のほうが、非回転状態を検出できる点、回転検出精度が高い点で優れている。
【０００４】
上記アクティブタイプの回転検出器は、トーンホイール（別称パルサーリング）と、磁気センサとを含む。トーンホイールは、周方向交互にＮ極とＳ極とを配置した多極磁石からなり、転がり軸受の回転体（内輪または外輪）に対して装着される。磁気センサは、転がり軸受に備える非回転体（外輪または内輪）に対して前記トーンホイールに対向する状態で取り付けられる。
【０００５】
動作としては、回転体と同期回転するトーンホイールの回転に応じて磁気センサからパルス信号を出力するようになっており、このパルス信号を信号処理することにより回転体の回転速度や回転方向などの回転状態を認識するようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
実開平６−４７８６７号公報
【特許文献２】
特開平１１−１７４０６９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記アクティブタイプの回転検出器において、検出精度のさらなる向上を図るには、トーンホイールの磁極それぞれのピッチを小さくすればいいが、このピッチを小さくすることに限界があることが指摘される。そのため、例えば回転検出器の出力を、グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）などの移動情報として利用する場合に精度が不十分になると考えられ、回転検出器の出力を広く応用しにくいと言える。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の車軸用転がり軸受装置は、軸体の外径側に外輪が多数の転動体を介して配置され、前記外輪および軸体のうちの一方が車体に、また、他方に車輪がそれぞれ取り付けられるもので、入力励磁電圧を、前記軸体と外輪との相対的な回転状態に応じた誘起電圧に変換して出力する回転検出器を備えている。
【０００９】
この場合、回転検出器が、軸体と外輪のうち回転体となる側の非回転状態でもほぼ一定の振幅の誘起電圧を出力するものであるから、回転体の停止状態を確実に認識できる他、回転体の回転状態に応じて振幅が無段階に変化する誘起電圧を出力するものであるから、回転体の回転状態を従来例に比べて詳細にかつ高精度に把握できるようになる。
【００１０】
ところで、上記回転検出器は、前記軸体と外輪とのうちの一方側に一体的に設けられるロータと、前記軸体と外輪とのうちの他方側に一体的に設けられるステータと、前記ロータまたはステータに巻回される励磁巻線と、前記ロータおよびステータのいずれかに巻回される出力巻線とを有し、前記励磁巻線に対して励磁電圧を入力することにより前記出力巻線から前記ロータとステータとの間のギャップパーミアンスに応じて誘起される電圧を出力するものとすることができる。この構成は、周知のブラシレスレゾルバまたはブラシレスシンクロを含むようになっている。
【００１１】
また、上記回転検出器は、前記外輪の内径側と軸体の外径側との一方に一体的に設けられかつ円周数ヶ所に極歯を有するステータと、ステータの各極歯に対して適宜巻回される励磁巻線および出力巻線と、前記外輪の内径側と軸体の外径側との他方に一体的に設けられかつ回転に伴い前記ステータの各極歯との間のギャップパーミアンスを変化させるロータとを含むＶＲ（バリアブル・リラクタンス）タイプのブラシレスレゾルバとされる。
【００１２】
なお、上記「一体的に」とは、２つの部材を結合固定して同体化したものと、２つの部材を１つの部材にしたものとの両方を含む意味で使用している。
【００１３】
また、上記軸体を、前記ロータとして兼用することができる。この場合、構成簡素化、ローコスト化が可能となる。
【００１４】
【発明の実施形態】
図１から図３に本発明の実施形態１を示している。ここでは、自動車の従動輪の支持に用いられる車軸用転がり軸受装置を例に挙げる。図例の車軸用転がり軸受装置１は、ハブ軸２と、複列転がり軸受３とを備えている。
【００１５】
上記ハブ軸２の一方軸端寄りには、径方向外向きに延びるフランジ２ａが設けられており、このハブ軸２においてフランジ２ａよりも車両インナー側の領域に複列転がり軸受３が外装されている。このハブ軸２の車両インナー側の端部には、小径のねじ軸部２ｂが設けられている。
【００１６】
複列転がり軸受３は、複列外向きアンギュラ玉軸受とされ、二列の軌道溝を有する単一の外輪３１と、一列の軌道溝を有しかつハブ軸２の小径外周面に外嵌される単一の内輪３２と、二列で配設される複数の玉３３と、二つの冠形保持器３４，３５とを備えており、上記ハブ軸２の大径外周面を前記片方列の玉３３群の内輪軌道面とする構成になっている。外輪３１の外周には、径方向外向きに延びるフランジ３６が設けられている。
【００１７】
そして、上記複列転がり軸受３の外輪３１のフランジ３６が、車体の一部となるキャリアまたはナックル（図示省略）に対してボルトで非回転に取り付けられる。上記ハブ軸２のフランジ２ａの車両アウター側の面（図１の右側）と、フランジ２ａの円周数ヶ所に貫通装着されるボルト５に対して螺合されるナット（図示省略）とで、図示しないディスクブレーキ装置のディスクロータおよび車輪が挟持されて固定される。また、上記複列転がり軸受３の内輪３２は、ハブ軸２のねじ軸２ｂに対して螺合装着される六角ナット６でもってハブ軸２に対して一体的に結合されている。これにより、ハブ軸２が回転体となり、外輪３１が非回転体となる。
【００１８】
さらに、上記外輪３１の車両インナー側の端部には、当該外輪３１の車両インナー側開口を閉塞するためのキャップ７が取り付けられており、また、外輪３１の車両アウター側の端部には、ハブ軸２の外周面との間で接触密封部を作るシールリング８が取り付けられている。これら、キャップ７とシールリング８によって外輪３１と内輪３２との対向空間内部に、図示しないグリースを封入するとともに、外部から水分や埃などが浸入することを防止するようになっている。
【００１９】
この実施形態では、上記車軸用転がり軸受装置１に対して回転検出器として周知のＶＲ（バリアブル・リラクタンス）タイプのブラシレスレゾルバ１０を組み込むことにより、上記ハブ軸２の回転状態（回転停止状態、回転角度、回転速度や回転方向など）を検出できるようにしている。
【００２０】
ブラシレスレゾルバ１０は、上記六角ナット６をロータとして用いているとともに、ステータ１２、励磁巻線１３、第１出力巻線１４、第２出力巻線１５を備えている。このブラシレスレゾルバ１０は、この実施形態において１相励磁／２相出力とする場合を例に挙げている。
【００２１】
なお、ロータとしての六角ナット６は、磁性材からなる。この六角ナット６の外周面の形状は、その回転に伴ない、下記ステータ１２の内径面との間のギャップパーミアンスを変化させる形状であればよいので、上記に限らず、周知の楕円形、おむすび形などとしてもよい。また、前記ロータは、上記六角ナット６で兼用せず、別個の部材として設けてもよい。
【００２２】
上記ステータ１２は、磁性材からなり、上記キャップ７の円筒部７ａの内周に圧入などにより嵌合固定される。このステータ１２の内周の形状は櫛歯状に形成されている。このステータ１２の円周数ヶ所に設けられる極歯１２ａに対して、励磁巻線１３、第１出力巻線１４、第２出力巻線１５が適宜巻回され、各極歯１２ａそれぞれの間に設けられる薄肉連結部１２ｂが磁気通路となる。なお、図２に示す断面図では、極歯１２ａの数を８個としているが、図３に示す概略図では、説明を判りやすくするために、極歯１２ａの数を４個としている。この極歯１２ａの最小数は、周方向に９０度ずれた２つとなるが、多くする場合には２の倍数とする必要がある。また、ステータ１２の各極歯１２ａの内接円の直径寸法は、六角ナット６の外接円の直径寸法よりも僅かに大きく設定されている。
【００２３】
上記ロータやステータ１２は、磁気抵抗（リラクタンス）が小さくかつ磁気飽和密度が高い磁性材料、例えば軟磁性材料が好ましい。具体的には、例えば鉄を主成分として含む磁性材料、あるいはニッケルを主成分として含む磁性材料などがあり、積層や単層ケイ素剛板からなるもの、パーマロイ（鉄とニッケルとの合金）、フェライト、ソフトフェライトセラミック、など種々ある。言うまでもないが、このようなレゾルバを構成するロータやステータ１２の磁性材料としては、上記のようにリラクタンスが小さい材料程、ロータの回転に伴なうロータとステータ１２との間におけるギャップパーミアンスの変化が明瞭にあらわれ、その変化に伴なう巻線の誘起電圧（回転状態検出電圧）の発生精度が高まり、回転状態の検出精度の向上に好ましい。
【００２４】
ところで、励磁巻線１３は、ステータ１２のすべての極歯１２ａに対して直列的に巻回されている。第１出力巻線１４と第２出力巻線１５は、誘起電圧分布が各々正弦波分布となるように各極歯１２ａに分布巻きされている。そして、励磁巻線１３に対して正弦波励磁電圧を入力すると、第１出力巻線１４と第２出力巻線１５それぞれからは互いに電気的に９０度位相がずれた波形の２相交流電圧である信号を出力する。例えば、励磁巻線１３への正弦波励磁入力に対して第１出力巻線１４から正弦波信号（ＳＩＮ信号）を、また、第２出力巻線１５からは前記正弦波信号から９０度位相がずれた余弦波信号（ＣＯＳ信号）を出力する。
【００２５】
このようなブラシレスレゾルバ１０では、励磁巻線１３に対して１相交流電圧を印加した状態において、ハブ軸２が回転すると、ハブ軸２と一体の六角ナット６の外周面とステータ１２の各極歯１２ａの内周面との間のギャップパーミアンスが順次変化することになり、第１、第２出力巻線１４，１５から前記ギャップパーミアンスの変化に応じて振幅が無段階に変化する前記ＳＩＮ信号やＣＯＳ信号を出力し、この信号が信号処理回路２０に入力される。なお、ハブ軸２が停止しているときは、ハブ軸２と一体の六角ナット６の外周面とステータ１２の各極歯１２ａの内周面との間のギャップパーミアンスが変化しないので、第１、第２出力巻線１４，１５からそれぞれほぼ一定の振幅のＳＩＮ信号とＣＯＳ信号を出力する。
【００２６】
そして、上記信号処理回路２０は、周知のＲ／Ｄ（レゾルバ／デジタル）コンバータやＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）などとされ、入力される信号に基づく周知の信号処理により、ハブ軸２の回転状態（停止位置、回転方向、回転角度、回転速度など）を認識するようになっている。
【００２７】
以上説明したように、車軸用転がり軸受装置１にブラシレスレゾルバ１０を組み込んだ構成にしているから、ハブ軸２が停止している非回転状態を確実に検出できる他、ハブ軸２の回転状態を従来例のアクティブタイプの回転検出器に比べて高精度に検出できるようになる。そのため、この車軸用転がり軸受装置１に組み込んだブラシレスレゾルバ１０の出力を、例えばグローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）などの移動情報として利用することができるなど、応用用途が拡大できるようになる。また、ブラシレスレゾルバ１０のロータを前述の六角ナット６で兼用させているから、構成簡素化、ローコスト化が可能となる。
【００２８】
また、車軸用転がり軸受装置１にブラシレスレゾルバ１０を一体的に組み合わせることにより、以下のような利点がある。すなわち、ブラシレスレゾルバ１０は、ロータとステータとの位置精度（軸振れ、軸方向移動量など）が低いと性能を十分に発揮できないことがあるが、車軸用転がり軸受装置１の内輪と外輪の径方向および軸方向の位置精度は高精度に管理されているので、本発明のようにロータとステータを内輪と外輪に取り付けた場合は、容易にレゾルバ本来の性能を発揮することができ、回転状態の検出精度を向上できる。一例をあげると、一般的なレゾルバでは、ロータとステータの径方向の振れ精度（軸振れ精度）の許容値は５０μｍ以下、ロータとステータの軸方向許容移動量は±２５０μｍ以下とされているが、図１の実施形態のような、斜接形式の複列玉軸受（アンギュラ玉軸受）を用いた車軸用転がり軸受装置１の場合、通常は予圧を与えて負すきまで使用される。このため、径方向および軸方向ともに移動量は「０」であり、レゾルバの取り付け許容精度を十分に満たしており、レゾルバの回転状態の検出精度を向上できる。
【００２９】
以下で、本発明の種々な応用や変形を述べる。
【００３０】
（１）上記実施形態において、六角ナット６を用いずに、図示しないが、ハブ軸２の車両インナー側の端部を円筒形にして、この円筒形部分をローリングかしめでもって径方向外向きに広げて内輪３２の外端面に押し付けることにより、ハブ軸２と内輪３２とを一体化するようにしたものも本発明の実施形態とすることができる。この場合、ハブ軸２の車両インナー側端部に形成される前記かしめ部分の外径面を、ブラシレスレゾルバ１０のロータの役割を果たす形状に形成してもよいし、このかしめ部分の外周に別個にロータを装着してもよい。
【００３１】
（２）図４および図５に本発明の実施形態２を示している。この実施形態２では、外輪３１の軸方向２列の軌道溝３１ａ，３１ｂの間の領域にブラシレスレゾルバ１０を配置している。つまり、ブラシレスレゾルバ１０のステータ１２を、外輪３１の内周面において軸方向中間の領域に取り付けており、また、ハブ軸２において前記ステータ１２に対して径方向で対向する領域の円周数ヶ所に切り欠き２ｃを設けることによって、当該領域をブラシレスレゾルバ１０のロータとして利用するようになっている。なお、ステータ１２は、例えば外輪３１に対して圧入などにより嵌合固定することができる。また、励磁巻線１３、第１出力巻線１４、第２出力巻線１５は、外輪３１の軸方向中央の円周１ヶ所に貫通孔を設け、この貫通孔から外部に引き出すことができる。さらに、図示しないが、ブラシレスレゾルバ１０のロータについては、ハブ軸２と別体とし、このロータをハブ軸２の所定領域に外嵌装着するようにしてもよい。そもそも、外輪３１の内周面は、研磨などによって高精度に寸法調整されているので、このブラシレスレゾルバ１０の取り付け精度が向上し、ブラシレスレゾルバ１０の検出精度の向上にも貢献する。
【００３２】
（３）図６に本発明の実施形態３を示している。この実施形態３では、上記実施形態２において車両アウター側の列の玉３３群の中心それぞれを結ぶ円径（ＰＣＤ）を、車両インナー側の列の玉３３群のＰＣＤよりも大きく設定している。具体的に、外輪３１において車両アウター側の軌道溝３１ａを、車両インナー側の列の軌道溝３１ｂよりも大径とするとともに、ハブ軸２の軌道溝２ｄを、内輪３２の軌道溝３２ａよりも大径とし、さらに外輪３１においてブラシレスレゾルバ１０の装着領域を、図４に示した構造よりも大径にしている。この場合、外輪３１においてブラシレスレゾルバ１０の装着領域と車両インナー側の軌道溝３１ｂとの間に存在する径方向内向きの鍔３１ｃによって、ブラシレスレゾルバ１０の車両インナー側への変位を確実に規制することができる。
【００３３】
（４）上記各実施形態に示す車軸用転がり軸受装置１において、図示しないが、例えばハブ軸２を中空形状とし、このハブ軸２の中心孔に対して駆動軸をスプライン嵌合させるようにすることができる。この場合だと、駆動輪に用いるタイプの車軸用転がり軸受装置１となる。
【００３４】
（５）上記各実施形態で示した複列転がり軸受３の形式については、複列外向きアンギュラ玉軸受の他に、円錐ころ等の各種斜接形式の複列転がり軸受であっても構わない。なお、実施形態２，３においても、斜接形式の複列玉軸受を用いているので、実施形態１と同様に、ブラシレスレゾルバ１０のロータとステータとの相対位置を高精度に維持することができ、ブラシレスレゾルバ１０の回転状態の検出精度が向上する。また、円錐ころ軸受や円筒ころ軸受などの他形式の転がり軸受においても、径方向および軸方向の精度が高精度に管理されているので、ブラシレスレゾルバ１０の回転状態の検出精度が向上する。
【００３５】
（６）ブラシレスレゾルバ１０に備えるステータ１２とロータの配置関係は、上記各実施形態で説明したものと逆に、ステータ１２を内径側に、また、ロータを外径側に配置することもできる。例えば、上記車軸用転がり軸受装置１としては、図示しないが、外輪を回転させる構造のものがあるが、その場合には、回転体となる外輪に対してブラシレスレゾルバ１０のロータを一体的に取り付けるようにし、外輪の内径側に配置される非回転体に対してブラシレスレゾルバ１０のステータ１２を取り付けるようにすればよい。
【００３６】
（７）上記実施形態では、回転検出器として、ＶＲタイプのブラシレスレゾルバを例に挙げたが、その他のタイプのブラシレスレゾルバや、ブラシレスシンクロを用いることができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の車軸用転がり軸受装置は、回転体の回転状態（停止位置、回転方向、回転角度、回転速度など）を、従来例のアクティブタイプの回転検出器に比べて詳細かつ高精度に認識できるようになるなど、信頼性の向上に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る車軸用転がり軸受装置の断面図
【図２】図１の（２）−（２）線断面の矢視図
【図３】図１のブラシレスレゾルバの構成を概略的に示す図
【図４】本発明の実施形態２に係る車軸用転がり軸受装置の断面図
【図５】図４の（５）−（５）線断面の矢視図
【図６】本発明の実施形態３に係る車軸用転がり軸受装置の断面図
【符号の説明】
１　　車軸用転がり軸受装置　　　２　　ハブ軸
３　　複列転がり軸受　　　　　３１　　外輪
３２　　内輪　　　　　　　　　　３３　　玉
６　　六角ナット（レゾルバのロータを兼用）
１０　　ブラシレスレゾルバ　　　１２　　ステータ
１３　　励磁巻線　　　　　　　　１４　　第１出力巻線
１５　　第２出力巻線

Claims

軸体の外径側に外輪が多数の転動体を介して配置され、前記外輪および軸体のうちの一方が車体に、また、他方に車輪がそれぞれ取り付けられる車軸用転がり軸受装置であって、
入力励磁電圧を、前記軸体と外輪との相対的な回転状態に応じた誘起電圧に変換して出力する回転検出器を備えている、車軸用転がり軸受装置。
前記回転検出器は、前記軸体と外輪とのうちの一方側に一体的に設けられるロータと、前記軸体と外輪とのうちの他方側に一体的に設けられるステータと、前記ロータまたはステータに巻回される励磁巻線と、前記ロータおよびステータのいずれかに巻回される出力巻線とを有し、前記励磁巻線に対して励磁電圧を入力することにより前記出力巻線から前記ロータとステータとの間のギャップパーミアンスに応じて誘起される電圧を出力するものである、請求項１の車軸用転がり軸受装置。
前記回転検出器は、前記外輪の内径側と軸体の外径側との一方に一体的に設けられかつ円周数ヶ所に極歯を有するステータと、ステータの各極歯に対して適宜巻回される励磁巻線および出力巻線と、前記外輪の内径側と軸体の外径側との他方に一体的に設けられかつ回転に伴い前記ステータの各極歯との間のギャップパーミアンスを変化させるロータとを含むＶＲ（バリアブル・リラクタンス）タイプのブラシレスレゾルバとされる、請求項１の車軸用転がり軸受装置。
前記軸体が、前記ロータとして兼用されている、請求項３の車軸用転がり軸受装置。