JP2004184297A

JP2004184297A - Load-measuring device for roller bearing unit

Info

Publication number: JP2004184297A
Application number: JP2002353255A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Ishikawa; 寛朗石川
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-12-05
Also published as: JP4269669B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure the load acting between an outer ring 1 and a hub 2, regardless of the errors in manufacture or assembly of a ring 18a, which is to be detected, and a displacement sensor unit 22. <P>SOLUTION: The detection signal of a rotation detection sensor 12a is inputted in a controller 28 via a first process circuit 25, while the detection signal of the displacement sensor unit 22 is inputted in the controller 28 via a second processor kit 27; and the controller 28 stores the detected signal of the displacement sensor unit 22, when the hub 2 is rotated under no load condition in a memory 29 as a correction signal. The controller 28, when actually a load is added, calculates the load, based on the difference with respect to the correction signal. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係る転がり軸受ユニット用荷重測定装置は、例えば車両（自動車）の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、少なくともこの車輪に加わる力の大きさを測定して、車両の安定運行に寄与せしめるものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持するのに、転がり軸受ユニットを使用する。又、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）等、各種車両用姿勢安定装置を制御する為には、上記車輪の回転速度を検出する必要がある。この為、上記転がり軸受ユニットに回転速度検出装置を組み込んだ回転速度検出装置付転がり軸受ユニットにより、上記車輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、この車輪の回転速度を検出する事が、近年広く行なわれる様になっている。
【０００３】
図８は、この様な目的で使用される従来構造の１例として、特許文献１に記載された回転速度検出装置付転がり軸受ユニットを示している。この回転速度検出装置付転がり軸受ユニットは、懸架装置に支持される外輪１の内径側に、車輪を結合固定するハブ２を支持している。このハブ２は、車輪を固定する為のフランジ３をその外端部（車両への組み付け状態で幅方向外側となる端部）に有するハブ本体４と、このハブ本体４の内端部（車両への組み付け状態で幅方向中央側となる端部）に外嵌されてナット５により抑え付けられた内輪６とを備える。そして、上記外輪１の内周面に形成した複列の外輪軌道７、７と上記ハブ２の外周面に形成した複列の内輪軌道８、８との間にそれぞれ複数個ずつの転動体９、９を配置して、上記外輪１の内径側での上記ハブ２の回転を自在としている。
【０００４】
上述の様な転がり軸受ユニットに回転速度検出装置を組み込むべく、上記内輪６の内端部にセンサロータ１０を外嵌固定すると共に、上記外輪１の内端開口部に被着したカバー１１に回転検出センサ１２を支持している。そして、この回転検出センサ１２の検知部を、上記センサロータ１０の被検出部に、微小隙間を介して対向させている。
【０００５】
上述の様な回転速度検出装置付転がり軸受ユニットの使用時、車輪を固定したハブ２と共に上記センサロータ１０が回転し、このセンサロータ１０の被検知部が上記回転検出センサ１２の検知部の近傍を走行すると、この回転検出センサ１２の出力が変化する。この様にして回転検出センサ１２の出力が変化する周波数は、上記車輪の回転数に比例する。従って、この回転検出センサ１２の出力を図示しない制御器に送れば、ＡＢＳやＴＣＳを適切に制御できる。
【０００６】
上述した様な従来から広く知られている回転速度検出装置付転がり軸受ユニットによれば、制動時や加速時に於ける車両の走行姿勢の安定性確保を図れるが、より厳しい条件でもこの安定性の確保を図る為には、車両の走行安定性に影響するより多くの情報を取り入れて、ブレーキやエンジンの制御を行なう事が必要になる。これに対して、従来の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットを利用したＡＢＳやＴＣＳの場合には、タイヤと路面との滑りを検知してブレーキやエンジンを制御する、所謂フィードバック制御を行なっている。この為、これらブレーキやエンジンの制御が一瞬とは言え遅れる為、厳しい条件下での性能向上の面からは改良が望まれる。即ち、従来構造の場合には、所謂フィードフォワード制御により、タイヤと路面との間に滑りが発生しない様にしたり、左右の車輪の制動力が極端に異なる所謂ブレーキの片効きを防止する事はできない。更には、トラック等で、積載状態が不良である事に基づいて走行安定性が不良になるのを防止する事もできない。
【０００７】
この様な事情に鑑みて、前記特許文献１には、図９に示す様な、転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定自在とした構造が記載されている。この従来構造の第２例の場合には、外輪１の軸方向中間部で複列の外輪軌道７、７の間部分に、この外輪１を直径方向に貫通する取付孔１３を、この外輪１の上端部にほぼ鉛直方向に形成している。そして、この取付孔１３内に、荷重測定用のセンサである、円杆状（棒状）の変位センサ１４を装着している。この変位センサ１４の先端面（下端面）に設けた検出面は、ハブ２の軸方向中間部に外嵌固定したセンサリング１５の外周面に近接対向させている。上記変位センサ１４は、上記検出面と上記センサリング１５の外周面との距離が変化した場合に、その変化量に対応した信号を出力する。
【０００８】
上述の様に構成する従来構造の第２例の場合には、上記変位センサ１４の検出信号に基づいて、この変位センサ１４を組み込んだ転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める事ができる。即ち、車両の懸架装置に支持した上記外輪１は、この車両の重量により下方に押されるのに対して、車輪を支持固定したハブ２は、そのままの位置に止まろうとする。この為、上記重量が嵩む程、上記外輪１やハブ２、並びに転動体９、９の弾性変形に基づいて、これら外輪１の中心とハブ２の中心とのずれが大きくなる。そして、この外輪１の上端部に設けた、上記変位センサ１４の検出面と上記センサリング１５の外周面との距離は、上記重量が嵩む程短くなる。そこで、上記変位センサ１４の検出信号を制御器に送れば、予め実験等により求めた関係式等から、当該変位センサ１４を組み込んだ転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める事ができる。この様にして求めた、各転がり軸受ユニットに加わる荷重に基づいて、ＡＢＳを適正に制御する他、積載状態の不良を運転者に知らせる。
【０００９】
図９に示した従来構造の第２例の場合、車両の重量に基づいて鉛直方向に加わる荷重を測定できるが、例えば旋回走行時に遠心力等に基づいて加わるモーメント荷重を測定する事はできない。この為、車両のあらゆる走行状態に応じて、安定走行の為に適切な制御を行なう為の信号を得る面からは改良が望まれる。この様な場合に使用可能な構造として、特許文献２、３に記載された構造が知られている。これら各特許文献２、３に記載された構造によれば、上記モーメント荷重を含め、車両の走行時に車輪に加わる各方向の荷重を測定できる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２１５７７号公報
【特許文献２】
特開平１０−７３５０１号公報
【特許文献３】
特開平１１−２１８５４２号公報
【００１１】
【先発明の説明】
更に、特願２００２−２０３０７２号には、ハブに加わる荷重の方向及び大きさを、比較的簡単な構造で正確に求める事を目的に考えられた、図１０〜１２に示す様な、荷重測定装置付転がり軸受ユニットが開示されている。この先発明に係る構造の場合には、外輪１の軸方向中間部分の円周方向等間隔４個所位置に取付孔１３ａ、１３ａを、それぞれ上記外輪１の内外両周面同士を連通させる状態で形成している。そして、これら各取付孔１３ａ、１３ａ内に、それぞれ変位センサ１４ａ、１４ａを挿入している。
【００１２】
これら各変位センサ１４ａ、１４ａはそれぞれ、ハブ２のラジアル方向（径方向）の変位及びスラスト方向（軸方向）の変位を測定自在とするもので、それぞれが非接触式である、２個の変位測定素子１６ａ、１６ｂを有する。これら各変位測定素子１６ａ、１６ｂは、静電容量型の近接センサの如き、非接触式で微小変位量を測定自在なもので、上記各変位センサ１４ａ、１４ａを構成する合成樹脂製のホルダ１７の先端面部分と先端部側面部分とに包埋支持している。
【００１３】
一方、複列の内輪軌道９、９の間に位置する、上記ハブ２の中間部に、被検出リング１８を外嵌固定している。この被検出リング１８は、金属板にプレス加工等の塑性加工を施す事により、断面Ｌ字形で全体を円環状としたもので、円筒部１９と、この円筒部１９の軸方向一端部から径方向外方に直角に折れ曲がった折れ曲がり部２０とを備える。
【００１４】
この様な被検出リング１８に対して、上記各変位センサ１４ａ、１４ａの変位測定素子１６ａ、１６ｂの検出部を、それぞれ近接対向させている。即ち、変位測定素子１６ａを上記円筒部１９の外周面に近接対向させて、前記外輪１に対する上記ハブ２のラジアル方向（径方向）の変位を測定自在としている。又、上記変位測定素子１６ｂを上記折れ曲がり部２０の片側面に近接対向させて、上記外輪１に対する上記ハブ２のスラスト方向の変位を測定自在としている。
【００１５】
上述の様に構成する、先発明に係る荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、上記４個の変位センサ１４ａ、１４ａにより、円周方向４個所位置で、上記外輪１に対する上記ハブ２の、ラジアル方向及びスラスト方向の変位を測定する。上記各変位センサ１４ａ、１４ａが測定した、これら各変位センサ１４ａ、１４ａ毎に２種類ずつ合計８種類の検出信号は、それぞれハーネス２１、２１により取り出して、図示しない制御器に入力している。そして、この制御器が、上記各変位センサ１４ａ、１４ａから送り込まれる検出信号に基づき、転がり軸受ユニットに加わる、各方向の荷重を求める。
【００１６】
例えば、上記各転がり軸受ユニットに、車重等に基づく鉛直方向（下向き）の荷重が加わった場合には、鉛直方向に存在する２個の変位センサ１４ａ、１４ａのうち、上側の変位センサ１４ａで、ラジアル検出部を構成する変位測定素子１６ａと、ラジアル被検出面である上記円筒部１９の外周面との距離が狭まり、下側の変位センサ１４ａでこの距離が広がる。この際の距離の変化量は、上記荷重が大きくなる程大きくなる。水平方向（前後方向）に存在する２個の変位センサ１４ａ、１４ａに関しては、この距離は変化しない。
【００１７】
これに対して、何らかの原因で（例えば加速や制動に伴って）前記ハブ２に水平方向の荷重が加わった場合には、水平方向に存在する２個の変位センサ１４ａ、１４ａのうち、荷重の作用方向前側の変位センサ１４ａで、ラジアル検出部を構成する変位測定素子１６ａと、ラジアル被検出面である上記円筒部１９の外周面との距離が縮まり、同じく作用方向後側の変位センサ１４ａでこの距離が広がる。この際の距離の変化量も、上記荷重が大きくなる程大きくなる。鉛直方向に存在する２個の変位センサ１４ａ、１４ａに関しては、この距離は変化しない。斜め方向の荷重によっては、総ての変位センサ１４ａ、１４ａに関して、上記距離が変化する。
【００１８】
従って、円周方向に関して等間隔に配置された４個の変位センサ１４ａ、１４ａのラジアル検出部を構成する変位測定素子１６ａ、１６ａの検出信号を比較すれば、ラジアル荷重の作用する方向とその大きさとを知る事ができる。尚、上記各部の距離の変化量とラジアル荷重の大きさ及び作用方向は、予め計算式や多数の実験、或はコンピュータ解析により求めておく。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来構造にしても、或は上述した先発明に係る構造にしても、転がり軸受ユニットを構成する１対の軌道輪同士の距離を、直接又はこれら各軌道輪に固定した他の部材を介して検出し、この距離の変化に基づいて、上記転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定する。この様な機構でこの荷重を正確に測定する為には、特別な配慮を行なわない限り、この荷重がゼロの場合（無負荷運転時）には、上記１対の軌道輪同士の相対回転に拘らず、変位センサの検出部と被検出面との距離が変化しない事が前提となる。
【００２０】
但し、無負荷運転時に上記変位センサの検出部と被検出面との距離が変化しない様にする為には、各部の形状並びに寸法精度を極めて高くする必要が生じる。即ち、上記検出部と被検出面との距離は、各外輪軌道７、７と内輪軌道８、８との精度、被検出面を備えた被検出リング１８の精度の他、荷重測定装置付転がり軸受ユニットの構成各部材の組立精度によって、無負荷運転時にも変化する可能性がある。そして、何らの対策も施さない場合には、変位センサ１４、１４ａの検出信号を受け入れた制御器が、上記各精度の不良に起因する上記距離の変化と荷重変化に伴う距離変化とを区別できず、上記転がり軸受ユニットに加わる荷重を正確に求める事ができなくなる。
本発明は、この様な事情に鑑みて、上記各精度の不良に起因する上記距離の変化を補正できる機能を設ける事により、転がり軸受ユニットに加わる荷重を正確に測定できる転がり軸受ユニット用荷重測定装置を低コストで実現すべく発明したものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の転がり軸受ユニット用荷重測定装置は、１対の軌道輪と、荷重測定用のセンサと、演算器と、記憶手段とを備える。
このうちの１対の軌道輪は、複数個の転動体を介して相対回転を自在に組み合わされている。
又、上記荷重測定用のセンサは、上記両軌道輪同士の間の距離の変化に対応して出力を変化させるものである。
又、上記演算器は、上記センサの出力の変化に基づいて、上記１対の軌道輪同士の間に作用する荷重を算出するものである。
更に、上記記憶手段は、無負荷状態で上記両軌道輪が相対回転した場合に於ける上記センサの出力の変化を、補正用信号として記憶しておくものである。
そして、上記演算器は、上記１対の軌道輪が荷重を受けた状態で相対回転する際に、上記センサの出力と上記補正用信号とに基づいて、上記１対の軌道輪同士の間に加わる荷重を算出する。
【００２２】
【作用】
上述の様に構成する本発明の転がり軸受ユニット用荷重測定装置は、各部の形状並びに寸法精度の不良に基づく、荷重測定用のセンサの検出部と被検出面との距離のばらつきを、補正用信号により補償できる。この為、上記各部の形状並びに寸法精度、組立精度を特に高くしなくても、１対の軌道輪同士の間に加わる荷重を正確に求める事ができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１〜５は、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本発明の特徴は、各部の形状精度、寸法精度、組み付け精度を特に高くしなくても、外輪１とハブ２との間に加わる荷重の大きさ及び方向を精度良く検出する為の構造にある。その他の部分の構造及び作用は、多くの点で、前述の図１０〜１２に示した先発明に係る構造と共通するので、同等部分には同一符号を付して、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分並びに上記図１０〜１２に示した構造と異なる部分を中心に説明する。
【００２４】
本例の場合には、ハブ２の内端部に外嵌固定した内輪６の内端部に、ラジアル方向及びスラスト方向の変位を検出する為の被検出リング１６ａの基端部（図１〜２の左端部）を外嵌固定している。この被検出リング１８ａの形状は前述の図８〜１０に示した従来構造及び先発明構造に組み込んだセンサロータ１０と同様であるが、磁気特性を変化させる為の透孔は設けていない。又、外輪１の内端開口部を塞いだカバー１１に、変位センサユニット２２を保持固定している。そして、この変位センサユニット２２の円周方向４個所位置にそれぞれ１対ずつ支持した変位測定素子１６ａ、１６ｂの検出面を、上記被検出リング１８ａの内周面或は内側面に、ラジアル方向或はスラスト方向に近接対向させている。
【００２５】
この様な本例の構造の場合、外輪１の中心軸とハブ２の中心軸とが非平行になると、上記被検出リング１８ａの被測定面と上記各変位測定素子１６ａ、１６ｂとの距離が同時に、しかも円弧運動に基づいて変化する。従って、本例の構造は、荷重測定の面から見ると、モーメント荷重が加わった場合に、ラジアル方向の変位とスラスト方向の変位とを独立して検出できない。この為、変位センサユニット２２に組み込んだ、ラジアル検出部である上記各変位測定素子１６ａ、１６ａの検出信号と、スラスト検出部である上記各変位測定素子１６ｂ、１６ｂの検出信号との処理が多少面倒になる。但し、この処理は数学的に可能であるし、本例の様な構造を採用すれば、転がり軸受ユニットへの上記変位センサユニット２２の取付作業を容易にできる。
【００２６】
上述の様に、転がり軸受ユニットの内端部に上記被検出リング１８ａと上記変位センサユニット２２とを設ける事に合わせて、本例の場合には、ハブ２の中間部に、回転速度検出の為のセンサロータ１０ａを外嵌固定している。そして、外輪１の軸方向中間部で円周方向１個所位置に形成した取付孔１３ａに、回転検出センサ１２ａを挿入し、この回転検出センサ１２ａの検出面を、上記センサロータ１０ａの外周面に近接対向させている。
【００２７】
本例の場合にこのセンサロータ１０ａは、ゴム磁石、プラスチック磁石等の永久磁石製とし、径方向に着磁している。そして、このセンサロータ１０ａの外周面に、図３に示す様に、Ｓ極とＮ極とを配置している。このセンサロータ１０ａの外周面のうちの軸方向片側（図３の右下側）には多数のＳ極とＮ極とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。これに対して、上記センサロータ１０ａの外周面のうちの軸方向他側（図３の左上側）には、円周方向に関して１個所のみＮ極（又はＳ極）を配置し、残りの部分はＳ極（又はＮ極）としている。
【００２８】
上述の様に、永久磁石製の上記センサロータ１０ａの外周面の磁極変化の状態を、軸方向片側と他側とで互いに異ならせた事に合わせて、上記回転検出センサ１２ａには１対の磁気検出素子２３ａ、２３ｂを、上記センサロータ１０ａの軸方向（図１の左右方向）に離隔させて設けている。上記両磁気検出素子２３ａ、２３ｂは、ホールＩＣ等の磁束の方向に応じて特性を変化させる素子を組み込んで成るもので、それぞれが対向する磁極に応じて出力を変化させる。この様な磁気検出素子２３ａ、２３ｂのうち、一方（図１の右方）の磁気検出素子２３ａをセンサロータ１０ａの外周面のうちの軸方向片側に、他方（図１の左方）の磁気検出素子２３ｂを同じく軸方向他側に、それぞれ検出隙間を介して対向させている。
【００２９】
上述の様な１対の磁気検出素子２３ａ、２３ｂを組み込んだ、前記回転検出センサ１２ａの出力信号は、ハーネス２４により、回転検出用の第一の処理回路２５に入力している。上記センサロータ１０ａの回転時にこの第一の処理回路２５には、上記ハーネス２４を通じて、図４に実線ａ、破線ｂで示す様な信号が送り込まれる。このうちの実線ａで示した信号は、上記一方の磁気検出素子２３ａの出力信号で、上記センサロータ１０ａの回転速度に応じた周波数で変化する。又、破線ｂで示した信号は、上記他方の磁気検出素子２３ｂの検出信号で、上記センサロータ１０ａが１回転する毎に１回だけ変化する。
【００３０】
又、前記変位センサユニット２２を構成する変位測定素子１６ａ、１６ｂの検出信号は、この変位センサユニット２２のコネクタ２６にその一端を接続した別のハーネスにより、荷重検出用の第二の処理回路２７に送り込む様にしている。本例の場合には、この第二の処理回路２７が処理した、前記転がり軸受ユニットに加わる荷重に関する信号と、上記第一の処理回路２５が処理した、前記ハブ２の回転に関する信号とを、演算器を含む制御器２８に入力している。この制御器２８には、特許請求の範囲に記載した記憶手段であるメモリ２９を付設して、次述する様にして求める、上記転がり軸受ユニットに加わる荷重に関する補正用信号を記録できる様にしている。そして、上記制御器２８は、上記第二の処理回路２７が処理した、上記転がり軸受ユニットに加わる荷重に関する信号と、上記メモリ２９に記録されている補正用信号とにより、実際に上記転がり軸受ユニットに加わる荷重を算出する様にしている。
【００３１】
上記補正用信号を求める場合には、前記外輪１を静止した状態のまま、前記ハブ２を１回転以上、無負荷状態のまま回転させ、その間の上記各変位測定素子１６ａ、１６ｂの検出信号及び前記磁気検出素子２３ｂの検出信号を観察する。具体的には、この磁気検出素子２３ｂの信号に基づいて分かる、上記ハブ２が１回転する間の、上記各変位測定素子１６ａ、１６ｂの検出信号を観察する。この作業は無負荷状態で行なう為、各部の誤差がなければ、これら各変位測定素子１６ａ、１６ｂの検出信号は変化しない。但し、前述した様に、各外輪軌道７、７及び内輪軌道８、８の精度不良、被検出面を備えた被検出リング１８ａの精度不良の他、前記内輪６に対するこの被検出リング１８ａの組み付け不良や上記外輪１に対する前記変位センサユニット２２の組み付け不良等、各部の組立不良によって、無負荷運転時にも、図４に鎖線ｃで示す様に、上記各変位測定素子１６ａ、１６ｂの検出信号が変化する。この様な無負荷状態でのこれら各変位測定素子１６ａ、１６ｂの検出信号の変化は、上記精度不良や組立不良によるものと考えられる。
【００３２】
そこで、本発明の場合には、無負荷状態で上記ハブ２が１回転する間の上記各変位測定素子１６ａ、１６ｂの検出信号の変化を、前記両磁気検出素子２３ａ、２３ｂの検出信号から求まる回転方向の位相との関係を考慮しつつ観察する。そして、基準位置（例えば、図４に破線ｂで示す、上記磁気検出素子２３ｂの検出信号が立ち上がる位置）からの回転角度に応じた、図５に示す様な補正用信号を求め、前記メモリ２９に記憶させる。この補正用信号は、前記転がり軸受ユニットを無負荷状態で回転させた場合に於ける、上記各変位測定素子１６ａ、１６ｂの検出信号の変化である。従って、これら各変位測定素子１６ａ、１６ｂの検出信号が上記補正用信号の様に変化する限り、上記転がり軸受ユニットには負荷が加わっていない事になる。尚、上記補正用信号を求める為には、上記ハブ２を１回転させれば良いが、複数回転させて、その平均値を上記補正用信号とする事もできる。
【００３３】
実際に上記転がり軸受ユニットに負荷が加わった場合にその負荷の大きさは、上記補正用信号との差として求められる。即ち、上述の様に構成する本例の転がり軸受ユニット用荷重測定装置の運転時、前記制御器２８は、前記第一の処理回路２５を通じて送り込まれる前記各磁気検出素子２３ａ、２３ｂの検出信号との関係で、前記第二の処理回路２７を通じて送り込まれる上記各変位測定素子１６ａ、１６ｂの検出信号を、上記メモリ２９に記憶された上記補正用信号と関連付けて処理する。具体的には、上記第一の処理回路２５を通じて送り込まれる検出信号により、前記ハブ２の回転方向に関する位相を求め、その位相での補正用信号の大きさを求める。更に、その位相での、上記第二の処理回路２７を通じて送り込まれる信号と上記補正用信号との差を求め、この差を実際に上記転がり軸受ユニットに加わる荷重として算出する。この様にして算出した荷重は、別途設けたＡＢＳやＴＣＳの制御器に送り、各種車両用姿勢安定装置の制御に利用する。
【００３４】
本例の転がり軸受ユニット用荷重測定装置は、前記各部の精度不良の他、前記各部の組立不良に基づく、荷重測定用の変位測定素子１６ａ、１６ｂと、前記被検出リング１８ａの被検出面との距離のばらつきを、補正用信号により補償できる。この為、前記各外輪軌道７、７及び内輪軌道８、８、上記被検出リング１８ａの精度、前記内輪６に対するこの被検出リング１８ａの組み付け精度、前記外輪１に対する前記変位センサユニット２２の組み付け精度を特に高くしなくても、この外輪１と上記ハブ２との間に加わる荷重を正確に求める事ができる。
【００３５】
又、本例の構造の場合には前記変位センサユニット２２を、前記カバー１１を介して上記外輪１に支持している為、この外輪１に設ける取付孔１３ａが１個で済む。従って、この取付孔１３ａの形成作業が容易になってコスト低減を図れる他、上記外輪１の肉厚を特に大きくしなくても、この外輪１の強度確保を図れる。又、各方向の荷重によって上記外輪１と上記ハブ２とが変位した場合には、上記各変位測定素子１６ａ、１６ｂと上記被検出リング１８ａの内周面或は内側面との距離が変化するので、この変化の大きさと変化の方向とにより、上記荷重の方向と大きさとを求める事ができる。
【００３６】
次に、図６〜７は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、ハブ２（図１参照）の中間部に外嵌固定する、回転検出用のセンサロータ１０ｂとして、磁性材を外歯歯車状に形成したものを使用している。そして、このセンサロータ１０ｂの外周面に円周方向に関して等間隔に形成した複数の突部３０ａ、３０ｂのうち、１個の突部３０ｂを他の突部３０ａ、３０ａよりも高くしている。この様なセンサロータ１０ｂと組み合わせる図示しない回転検出センサとしては、永久磁石と、磁性材製のポールピースと、このポールピースの周囲に巻回したコイルとから成る、所謂パッシブ型のものを使用する。
【００３７】
上述の様なセンサロータ１０ｂと回転検出センサとを使用する本例の場合、上記センサロータ１０ｂの回転に伴って上記回転検出センサの出力信号が、図７の実線ａで示す様に変化する。即ち、この回転検出センサの出力信号が、上記センサロータ１０ｂの回転速度に比例した周波数で変化すると共に、その変化の大きさが、１回転毎に１度だけ大きくなる。そこで、この大きく変化した点を基準として、図７に鎖線ｃで示した各変位測定素子１６ａ、１６ｂ（図１〜２参照）の検出信号を処理すれば、上述した第１例の場合と同様に、図５に示す様な補正用信号を得て、誤差に影響されない、正確な荷重測定を行なえる。
【００３８】
尚、本発明を実施する場合には、各転動体直径の相互差は、できるだけ小さくする事が好ましい。この理由は、外輪軌道と内輪軌道との間に設ける各転動体の直径にばらつきがあると、これら各転動体の公転運動に伴って上記外輪軌道と内輪軌道との距離が変化し、その結果、変位センサと被検出面との距離も変化する為である。この様な原因による距離変化を正確に補正する事は、不可能ではないにしろ非常に難しい。従って、上記各転動体直径の相互差を、例えば１．０μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下と小さくして、これら各転動体の公転運動に伴って上記外輪軌道と内輪軌道との距離が変化しない様にする事が、正確な荷重測定を行なう面からは好ましい。
【００３９】
又、本発明は、図示の実施の形態に限らず、前述した特許文献１〜３に記載された構造、或は図１０〜１２に示した先発明に係る構造で実施する事もできる。更には、自動車の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットに限らず、産業機械等、各種機械装置の回転支持部を構成する転がり軸受ユニットで実施する事もできる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の転がり軸受ユニット用荷重測定装置は、以上に述べた通り構成され作用するので、構成各部材の形状並びに寸法精度を極端に高くしなくても、転がり軸受ユニットに加わる荷重を正確に測定できる。従って、この荷重に基づいて制御を行なう、各種機械装置の性能向上を、極端なコスト上昇を伴う事なく実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す断面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】回転検出用のセンサロータの部分斜視図。
【図４】このセンサロータに対向する回転検出センサの出力信号の波形と、荷重測定用の変位センサの波形とを示す線図。
【図５】基準位置からの回転角度に応じた補正用信号を示す線図。
【図６】回転検出用のセンサロータの別例を、軸方向から見た正面図。
【図７】このセンサロータに対向する回転検出センサの出力信号の波形と、荷重測定用の変位センサの波形とを示す線図。
【図８】従来から知られている回転速度検出装置付転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。
【図９】従来から知られている荷重測定装置付転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。
【図１０】先発明に係る荷重測定装置付転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。
【図１１】一部を省略して示す、図１０のＢ−Ｂ断面図。
【図１２】図１０のＣ部拡大図。
【符号の説明】
１外輪
２ハブ
３フランジ
４ハブ本体
５ナット
６内輪
７外輪軌道
８内輪軌道
９転動体
１０、１０ａ、１０ｂセンサロータ
１１カバー
１２、１２ａ回転検出センサ
１３、１３ａ取付孔
１４、１４ａ変位センサ
１５センサリング
１６ａ、１６ｂ変位測定素子
１７ホルダ
１８、１８ａ被検出リング
１９円筒部
２０折れ曲がり部
２１ハーネス
２２変位センサユニット
２３ａ、２３ｂ磁気検出素子
２４ハーネス
２５第一の処理回路
２６コネクタ
２７第二の処理回路
２８制御器
２９メモリ
３０ａ、３０ｂ突部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
A load measuring device for a rolling bearing unit according to the present invention rotatably supports, for example, wheels of a vehicle (automobile) with respect to a suspension device, and measures at least the magnitude of a force applied to the wheels to stabilize the vehicle. It contributes to the operation.
[0002]
[Prior art]
A rolling bearing unit is used to rotatably support wheels of a vehicle with respect to a suspension device. Further, in order to control various vehicle posture stabilizing devices such as an antilock brake system (ABS) and a traction control system (TCS), it is necessary to detect the rotation speed of the wheels. Therefore, it is possible to support the wheel rotatably with respect to the suspension device and detect the rotation speed of the wheel by a rolling bearing unit with a rotation speed detection device incorporating the rotation speed detection device in the rolling bearing unit. In recent years, it has been widely practiced.
[0003]
FIG. 8 shows a rolling bearing unit with a rotation speed detecting device described in Patent Document 1 as an example of a conventional structure used for such a purpose. This rolling bearing unit with a rotation speed detecting device supports a hub 2 for connecting and fixing wheels on the inner diameter side of an outer ring 1 supported by a suspension device. The hub 2 has a hub body 4 having a flange 3 for fixing a wheel at an outer end thereof (an end which becomes an outer side in a width direction when assembled to a vehicle), and an inner end of the hub body 4 (a vehicle The inner ring 6 is fitted to the outside at the center in the width direction in the assembled state of the inner ring 6 and held down by the nut 5. A plurality of rolling elements 9 are respectively provided between the double-row outer raceways 7, 7 formed on the inner peripheral surface of the outer race 1 and the double-row inner raceways 8, 8 formed on the outer peripheral surface of the hub 2. , 9 are arranged to allow the hub 2 to rotate freely on the inner diameter side of the outer ring 1.
[0004]
In order to incorporate the rotation speed detecting device into the rolling bearing unit as described above, a sensor rotor 10 is externally fitted and fixed to the inner end of the inner ring 6 and the cover 11 attached to the inner end opening of the outer ring 1 is rotated. The detection sensor 12 is supported. The detection section of the rotation detection sensor 12 is opposed to the detection section of the sensor rotor 10 via a minute gap.
[0005]
When the above-described rolling bearing unit with the rotation speed detecting device is used, the sensor rotor 10 rotates together with the hub 2 to which the wheel is fixed, and the detected part of the sensor rotor 10 is located near the detecting part of the rotation detecting sensor 12. , The output of the rotation detection sensor 12 changes. The frequency at which the output of the rotation detection sensor 12 changes in this way is proportional to the rotation speed of the wheel. Therefore, if the output of the rotation detection sensor 12 is sent to a controller (not shown), the ABS and TCS can be appropriately controlled.
[0006]
According to the above-described rolling bearing unit with a rotation speed detecting device which has been widely known, stability of the running posture of the vehicle at the time of braking or acceleration can be ensured. In order to ensure this, it is necessary to control the brakes and the engine by incorporating more information that affects the running stability of the vehicle. In contrast, in the case of an ABS or TCS using a conventional rolling bearing unit with a rotation speed detecting device, a so-called feedback control is performed in which a slip between a tire and a road surface is detected to control a brake or an engine. . For this reason, the control of these brakes and the engine is delayed even for a moment, and therefore, improvement is demanded from the aspect of performance improvement under severe conditions. That is, in the case of the conventional structure, the so-called feed-forward control prevents slipping from occurring between the tire and the road surface or prevents the so-called one-sided braking effect in which the braking forces of the left and right wheels are extremely different. Can not. Further, it is impossible to prevent running stability from being deteriorated on the basis of a poor loading state of a truck or the like.
[0007]
In view of such circumstances, Patent Literature 1 describes a structure, as shown in FIG. 9, in which a load applied to a rolling bearing unit can be measured freely. In the case of the second example of this conventional structure, a mounting hole 13 that penetrates the outer race 1 in the diametric direction is provided between the double-row outer raceways 7, 7 at an intermediate portion in the axial direction of the outer race 1, Is formed in a substantially vertical direction at the upper end. A rod-shaped (rod-shaped) displacement sensor 14, which is a sensor for measuring a load, is mounted in the mounting hole 13. The detection surface provided on the distal end surface (lower end surface) of the displacement sensor 14 is closely opposed to the outer peripheral surface of the sensor ring 15 externally fitted and fixed to the axially intermediate portion of the hub 2. When the distance between the detection surface and the outer peripheral surface of the sensor ring 15 changes, the displacement sensor 14 outputs a signal corresponding to the change amount.
[0008]
In the case of the second example of the conventional structure configured as described above, the load applied to the rolling bearing unit incorporating the displacement sensor 14 can be obtained based on the detection signal of the displacement sensor 14. That is, the outer ring 1 supported by the suspension system of the vehicle is pushed downward by the weight of the vehicle, while the hub 2 supporting and fixing the wheels tends to stop at the same position. Therefore, as the weight increases, the deviation between the center of the outer ring 1 and the center of the hub 2 increases based on the elastic deformation of the outer ring 1 and the hub 2 and the rolling elements 9 and 9. The distance between the detection surface of the displacement sensor 14 and the outer peripheral surface of the sensor ring 15 provided at the upper end of the outer ring 1 becomes shorter as the weight increases. Therefore, if the detection signal of the displacement sensor 14 is sent to the controller, the load applied to the rolling bearing unit incorporating the displacement sensor 14 can be determined from a relational expression or the like determined in advance through experiments or the like. Based on the load thus applied to each rolling bearing unit, the ABS is appropriately controlled, and the driver is informed of a defective loading condition.
[0009]
In the case of the second example of the conventional structure shown in FIG. 9, a load applied in the vertical direction can be measured based on the weight of the vehicle, but a moment load applied based on centrifugal force or the like during turning can not be measured. Therefore, improvement is desired from the viewpoint of obtaining a signal for performing appropriate control for stable running according to all running states of the vehicle. As structures that can be used in such a case, structures described in Patent Documents 2 and 3 are known. According to the structures described in Patent Literatures 2 and 3, it is possible to measure loads in each direction applied to the wheels when the vehicle is running, including the moment load.
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2001-21577 A
[Patent Document 2]
JP-A-10-73501
[Patent Document 3]
JP-A-11-218542
[0011]
[Description of Prior Invention]
Furthermore, Japanese Patent Application No. 2002-203072 discloses a load measurement method as shown in FIGS. 10 to 12 which is intended to accurately determine the direction and magnitude of a load applied to a hub with a relatively simple structure. A rolling bearing unit with a device is disclosed. In the case of the structure according to the preceding invention, the mounting holes 13a, 13a are formed at four positions at equal circumferential intervals in the axially intermediate portion of the outer ring 1 in a state where the inner and outer peripheral surfaces of the outer ring 1 communicate with each other. are doing. The displacement sensors 14a, 14a are inserted into the respective mounting holes 13a, 13a.
[0012]
Each of the displacement sensors 14a, 14a is capable of freely measuring the radial (radial) displacement and the thrust (axial) displacement of the hub 2, and each of the two displacement sensors is a non-contact type. It has measuring elements 16a and 16b. Each of the displacement measuring elements 16a and 16b is a non-contact type, such as a capacitance type proximity sensor, capable of measuring a minute displacement amount. The synthetic resin holder 17 constituting each of the displacement sensors 14a and 14a. And embedded in and supported by the distal end surface portion and the distal end side surface portion.
[0013]
On the other hand, a detected ring 18 is externally fixed to an intermediate portion of the hub 2 located between the inner and outer raceways 9, 9 in a double row. The ring to be detected 18 is formed by subjecting a metal plate to plastic working such as press working so as to have an L-shaped cross section and a ring shape as a whole, and has a cylindrical portion 19 and a diameter from one axial end of the cylindrical portion 19. And a bent portion 20 bent outward at a right angle.
[0014]
The detection units of the displacement measuring elements 16a and 16b of the displacement sensors 14a and 14a are respectively opposed to the detection ring 18 as described above. That is, the displacement measuring element 16a is made to closely approach the outer peripheral surface of the cylindrical portion 19, so that the radial displacement (radial direction) of the hub 2 with respect to the outer ring 1 can be measured. Further, the displacement measuring element 16b is made to closely approach one side surface of the bent portion 20 so that the displacement of the hub 2 with respect to the outer ring 1 in the thrust direction can be freely measured.
[0015]
In the case of the rolling bearing unit with the load measuring device according to the invention, which is configured as described above, the four displacement sensors 14a, 14a move the hub 2 relative to the outer ring 1 at four positions in the circumferential direction. , Radial and thrust displacements are measured. A total of eight types of detection signals, two types for each of the displacement sensors 14a, 14a, measured by the displacement sensors 14a, 14a, are extracted by harnesses 21, 21 and input to a controller (not shown). Then, the controller obtains loads in each direction applied to the rolling bearing unit based on the detection signals sent from the displacement sensors 14a, 14a.
[0016]
For example, when a load in the vertical direction (downward) based on the vehicle weight or the like is applied to each of the rolling bearing units, the upper displacement sensor 14a of the two displacement sensors 14a, 14a existing in the vertical direction. The distance between the displacement measuring element 16a constituting the radial detecting portion and the outer peripheral surface of the cylindrical portion 19, which is the surface to be radially detected, is reduced, and the distance is increased by the lower displacement sensor 14a. The amount of change in the distance at this time increases as the load increases. This distance does not change for the two displacement sensors 14a, 14a existing in the horizontal direction (front-back direction).
[0017]
On the other hand, when a load in the horizontal direction is applied to the hub 2 for some reason (for example, due to acceleration or braking), of the two displacement sensors 14a, 14a existing in the horizontal direction, the load With the displacement sensor 14a on the front side in the working direction, the distance between the displacement measuring element 16a constituting the radial detection unit and the outer peripheral surface of the cylindrical portion 19, which is the surface to be radially detected, is reduced. This distance spreads. The amount of change in the distance at this time also increases as the load increases. This distance does not change for the two displacement sensors 14a, 14a present in the vertical direction. Depending on the load in the oblique direction, the distance changes with respect to all the displacement sensors 14a, 14a.
[0018]
Therefore, if the detection signals of the displacement measuring elements 16a, 16a constituting the radial detection units of the four displacement sensors 14a, 14a arranged at equal intervals in the circumferential direction are compared, the direction in which the radial load acts and the magnitude thereof are shown. You can know Sato. The amount of change in the distance between the above-mentioned parts, the magnitude of the radial load, and the acting direction are obtained in advance by a calculation formula, a number of experiments, or computer analysis.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
Regardless of the conventional structure described above or the structure according to the above-described invention, the distance between a pair of races constituting the rolling bearing unit may be directly or other members fixed to the races. And the load applied to the rolling bearing unit is measured based on the change in the distance. In order to measure this load accurately using such a mechanism, unless special consideration is taken, when this load is zero (during no-load operation), the relative rotation between the above-mentioned pair of bearing rings is determined. Regardless, it is assumed that the distance between the detection unit of the displacement sensor and the detected surface does not change.
[0020]
However, in order to keep the distance between the detection unit of the displacement sensor and the surface to be detected from changing during no-load operation, it is necessary to make the shape and dimensional accuracy of each unit extremely high. That is, the distance between the detection unit and the detected surface is determined by the accuracy of the outer raceways 7 and 7 and the inner raceways 8 and 8, the accuracy of the detected ring 18 having the detected surface, and the rolling with the load measuring device. Depending on the assembling accuracy of the components of the bearing unit, it may change even during no-load operation. When no countermeasures are taken, the controller that has received the detection signals of the displacement sensors 14 and 14a can distinguish the change in the distance caused by the above-described poor accuracy from the change in the distance caused by the load change. As a result, the load applied to the rolling bearing unit cannot be obtained accurately.
In view of such circumstances, the present invention provides a function for correcting a change in the distance caused by the above-described inaccuracy of each of the above-described accuracy, whereby the load applied to the rolling bearing unit can be accurately measured. It was invented to realize the device at low cost.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
A load measuring device for a rolling bearing unit of the present invention includes a pair of bearing rings, a load measuring sensor, a calculator, and a storage unit.
A pair of races is freely combined relative rotation via a plurality of rolling elements.
Further, the load measuring sensor changes the output in response to a change in the distance between the two races.
Further, the arithmetic unit calculates a load acting between the pair of races based on a change in the output of the sensor.
Further, the storage means stores, as a correction signal, a change in the output of the sensor when the two bearing rings rotate relatively under no load.
When the pair of bearing rings rotate relative to each other under a load, based on the output of the sensor and the signal for correction, the computing unit is configured to interpose the pair of bearing rings between the pair of bearing rings. Calculate the applied load.
[0022]
[Action]
The load measuring device for a rolling bearing unit according to the present invention configured as described above is for correcting variations in the distance between the detection unit of the load measuring sensor and the surface to be detected, based on the shape and dimensional accuracy of each part. It can be compensated by the signal. For this reason, the load applied between the pair of races can be accurately determined without particularly increasing the shape, dimensional accuracy, and assembly accuracy of each of the above-described portions.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 to 5 show a first example of an embodiment of the present invention. A feature of the present invention is a structure for accurately detecting the magnitude and direction of the load applied between the outer ring 1 and the hub 2 without particularly increasing the shape accuracy, dimensional accuracy, and assembly accuracy of each part. It is in. Since the structure and operation of the other parts are common in many respects to the structure according to the preceding invention shown in FIGS. 10 to 12 above, the same parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted or For simplicity, the following description focuses on features of the present invention and portions different from the structures shown in FIGS.
[0024]
In the case of this example, the base end of the detected ring 16a for detecting displacement in the radial direction and the thrust direction (FIGS. 1 to 4) is provided at the inner end of the inner race 6 which is externally fitted and fixed to the inner end of the hub 2. 2 (left end). The shape of the detected ring 18a is the same as that of the sensor rotor 10 incorporated in the conventional structure and the prior invention structure shown in FIGS. 8 to 10 described above, but is not provided with a through hole for changing magnetic characteristics. Further, the displacement sensor unit 22 is held and fixed to the cover 11 that covers the inner end opening of the outer ring 1. The detection surfaces of the displacement measuring elements 16a and 16b supported in pairs at four positions in the circumferential direction of the displacement sensor unit 22 are provided on the inner peripheral surface or the inner surface of the detected ring 18a in the radial direction or the inner surface. Are opposed to each other in the thrust direction.
[0025]
In the case of such a structure of the present example, when the center axis of the outer ring 1 and the center axis of the hub 2 are not parallel, the distance between the measured surface of the detected ring 18a and each of the displacement measuring elements 16a and 16b is reduced. At the same time, it changes based on the circular motion. Therefore, in the structure of this example, from the viewpoint of load measurement, when a moment load is applied, the radial displacement and the thrust displacement cannot be detected independently. For this reason, the processing of the detection signals of the displacement measuring elements 16a, 16a, which are the radial detection units, and the detection signals of the displacement measurement elements 16b, 16b, which are the thrust detection units, incorporated in the displacement sensor unit 22 is somewhat different. It becomes troublesome. However, this processing can be mathematically performed, and if a structure like this example is adopted, the work of mounting the displacement sensor unit 22 on the rolling bearing unit can be easily performed.
[0026]
As described above, the detection ring 18a and the displacement sensor unit 22 are provided at the inner end of the rolling bearing unit. The sensor rotor 10a for fitting is externally fixed. Then, the rotation detection sensor 12a is inserted into a mounting hole 13a formed at one position in the circumferential direction at the axially intermediate portion of the outer ring 1, and the detection surface of the rotation detection sensor 12a is attached to the outer peripheral surface of the sensor rotor 10a. They are close to each other.
[0027]
In the case of this example, the sensor rotor 10a is made of a permanent magnet such as a rubber magnet or a plastic magnet, and is magnetized in the radial direction. An S pole and an N pole are arranged on the outer peripheral surface of the sensor rotor 10a as shown in FIG. A large number of S poles and N poles are alternately arranged at equal intervals in the circumferential direction on one axial side (lower right side in FIG. 3) of the outer peripheral surface of the sensor rotor 10a. On the other hand, on the other side in the axial direction (upper left side in FIG. 3) of the outer peripheral surface of the sensor rotor 10a, only one N pole (or S pole) is arranged in the circumferential direction, and the remaining part is arranged. Is an S pole (or N pole).
[0028]
As described above, a pair of rotation detection sensors 12a is provided for the rotation detection sensor 12a in accordance with the state of magnetic pole change on the outer peripheral surface of the sensor rotor 10a made of a permanent magnet being different from one side on the other side in the axial direction. The magnetic detecting elements 23a and 23b are provided apart from each other in the axial direction (the left-right direction in FIG. 1) of the sensor rotor 10a. Each of the magnetic detection elements 23a and 23b incorporates an element such as a Hall IC that changes characteristics according to the direction of magnetic flux, and changes the output according to the magnetic poles facing each other. Of such magnetic detecting elements 23a and 23b, one (the right side in FIG. 1) magnetic detecting element 23a is placed on one side in the axial direction of the outer peripheral surface of the sensor rotor 10a, and the other (the left side in FIG. 1) magnetic field. The detection element 23b is also opposed to the other side in the axial direction via a detection gap.
[0029]
An output signal of the rotation detection sensor 12a incorporating the pair of magnetic detection elements 23a and 23b as described above is input to a first processing circuit 25 for rotation detection by a harness 24. At the time of rotation of the sensor rotor 10a, a signal as shown by a solid line a and a broken line b in FIG. The signal indicated by the solid line a is the output signal of the one magnetic detection element 23a and changes at a frequency corresponding to the rotation speed of the sensor rotor 10a. The signal indicated by the broken line b is a detection signal of the other magnetic detection element 23b, and changes only once every time the sensor rotor 10a makes one rotation.
[0030]
The detection signals of the displacement measuring elements 16a and 16b constituting the displacement sensor unit 22 are transmitted to a second processing circuit 27 for load detection by another harness having one end connected to a connector 26 of the displacement sensor unit 22. It is sent to. In the case of this example, a signal related to the load applied to the rolling bearing unit processed by the second processing circuit 27 and a signal related to the rotation of the hub 2 processed by the first processing circuit 25 are: It is input to a controller 28 including an arithmetic unit. The controller 28 is provided with a memory 29 as storage means described in the claims so that a correction signal relating to the load applied to the rolling bearing unit obtained as described below can be recorded. I have. Then, the controller 28 actually calculates the rolling bearing unit based on the signal regarding the load applied to the rolling bearing unit processed by the second processing circuit 27 and the correction signal recorded in the memory 29. Calculate the load applied to.
[0031]
When the correction signal is obtained, the hub 2 is rotated one or more times with no load while the outer ring 1 is stationary, and the detection signals of the displacement measuring elements 16a and 16b and The detection signal of the magnetic detection element 23b is observed. Specifically, while the hub 2 makes one rotation, the detection signals of the displacement measuring elements 16a and 16b, which are known based on the signal of the magnetic detecting element 23b, are observed. Since this operation is performed under no load, the detection signals of the displacement measuring elements 16a and 16b do not change unless there is an error in each part. However, as described above, in addition to the inaccuracy of the outer raceways 7, 7 and the inner raceways 8, 8, the inferiority of the detected ring 18a having the detected surface, the assembling of the detected ring 18a to the inner ring 6 Due to a failure or an assembly failure of each part such as a failure in assembling the displacement sensor unit 22 to the outer ring 1, even during a no-load operation, the detection signals of the displacement measurement elements 16a and 16b as shown by a chain line c in FIG. Change. Such a change in the detection signal of each of the displacement measuring elements 16a and 16b in the no-load state is considered to be due to the above-mentioned poor accuracy or defective assembly.
[0032]
Therefore, in the case of the present invention, the change of the detection signal of each of the displacement measuring elements 16a and 16b during one rotation of the hub 2 in a no-load state is obtained from the detection signals of the two magnetic detecting elements 23a and 23b. Observe while considering the relationship with the phase in the rotation direction. Then, a correction signal as shown in FIG. 5 corresponding to a rotation angle from a reference position (for example, a position where the detection signal of the magnetic detection element 23b rises as shown by a broken line b in FIG. 4) is obtained, and the memory 29 is obtained. To memorize. This correction signal is a change in the detection signal of each of the displacement measuring elements 16a and 16b when the rolling bearing unit is rotated under no load. Therefore, as long as the detection signals of the displacement measuring elements 16a and 16b change like the correction signal, no load is applied to the rolling bearing unit. In order to obtain the correction signal, the hub 2 may be rotated once, but it is also possible to rotate the hub a plurality of times and use the average value as the correction signal.
[0033]
When a load is actually applied to the rolling bearing unit, the magnitude of the load is obtained as a difference from the correction signal. That is, during operation of the load measuring device for a rolling bearing unit of the present example configured as described above, the controller 28 detects the detection signals of the magnetic detection elements 23a and 23b sent through the first processing circuit 25 and The detection signals of the displacement measuring elements 16a and 16b sent through the second processing circuit 27 are processed in association with the correction signals stored in the memory 29. Specifically, a phase in the rotation direction of the hub 2 is obtained from the detection signal sent through the first processing circuit 25, and the magnitude of the correction signal at that phase is obtained. Further, a difference between the signal sent through the second processing circuit 27 and the correction signal at that phase is obtained, and this difference is calculated as a load actually applied to the rolling bearing unit. The load calculated in this manner is sent to a separately provided ABS or TCS controller and used for controlling various types of vehicle posture stabilizing devices.
[0034]
The load measuring device for a rolling bearing unit according to the present embodiment includes a displacement measuring element 16a, 16b for load measurement, based on the inferiority of accuracy of each part, as well as an assembling failure of each part, and a detected surface of the detected ring 18a. Can be compensated for by the correction signal. Therefore, the accuracy of the detected ring 18a, the accuracy of assembling the detected ring 18a to the inner ring 6, and the accuracy of assembling the displacement sensor unit 22 to the outer ring 1 are described. The load applied between the outer race 1 and the hub 2 can be accurately obtained without increasing the height of the hub 2.
[0035]
In the case of the structure of this embodiment, the displacement sensor unit 22 is supported by the outer ring 1 via the cover 11, so that only one mounting hole 13a provided in the outer ring 1 is required. Therefore, the work of forming the mounting hole 13a is facilitated, cost can be reduced, and the strength of the outer ring 1 can be ensured without particularly increasing the thickness of the outer ring 1. Further, when the outer race 1 and the hub 2 are displaced by the load in each direction, the distance between each of the displacement measuring elements 16a, 16b and the inner peripheral surface or the inner surface of the detected ring 18a changes. Therefore, the direction and magnitude of the load can be determined from the magnitude and direction of the change.
[0036]
Next, FIGS. 6 and 7 show a second example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, a magnetic material formed in an external gear shape is used as the rotation detecting sensor rotor 10b which is externally fitted and fixed to the intermediate portion of the hub 2 (see FIG. 1). Then, one of the plurality of protrusions 30a, 30b formed at equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the sensor rotor 10b has one protrusion 30b higher than the other protrusions 30a, 30a. As a rotation detection sensor (not shown) to be combined with such a sensor rotor 10b, a so-called passive type sensor including a permanent magnet, a pole piece made of a magnetic material, and a coil wound around the pole piece is used. .
[0037]
In the case of this example using the sensor rotor 10b and the rotation detection sensor as described above, the output signal of the rotation detection sensor changes as shown by a solid line a in FIG. 7 with the rotation of the sensor rotor 10b. That is, the output signal of the rotation detection sensor changes at a frequency proportional to the rotation speed of the sensor rotor 10b, and the magnitude of the change increases once per rotation. Therefore, by processing the detection signals of the displacement measuring elements 16a and 16b (see FIGS. 1 and 2) indicated by a chain line c in FIG. 7 on the basis of the greatly changed point as in the case of the first example described above. In addition, a correction signal as shown in FIG. 5 is obtained, and accurate load measurement can be performed without being affected by errors.
[0038]
When implementing the present invention, it is preferable that the difference between the diameters of the rolling elements be as small as possible. The reason is that if the diameter of each rolling element provided between the outer raceway and the inner raceway varies, the distance between the outer raceway and the inner raceway changes with the revolving motion of each rolling race, and as a result, This is because the distance between the displacement sensor and the detection surface also changes. It is very difficult, if not impossible, to accurately correct the distance change due to such causes. Therefore, the mutual difference between the rolling element diameters is reduced to, for example, 1.0 μm or less, preferably 0.5 μm or less, and the distance between the outer ring raceway and the inner ring raceway changes with the revolving motion of each rolling element. It is preferable not to do so from the viewpoint of performing accurate load measurement.
[0039]
Further, the present invention is not limited to the illustrated embodiment, but can be implemented with the structure described in Patent Documents 1 to 3 described above or the structure according to the prior invention shown in FIGS. Further, the present invention is not limited to a rolling bearing unit for supporting wheels of an automobile, but may be implemented by a rolling bearing unit constituting a rotation supporting portion of various types of machinery such as an industrial machine.
[0040]
【The invention's effect】
Since the load measuring device for a rolling bearing unit of the present invention is configured and operates as described above, it is possible to accurately measure the load applied to the rolling bearing unit without extremely increasing the shape and dimensional accuracy of the constituent members. it can. Therefore, it is possible to improve the performance of various types of mechanical devices that perform control based on this load without causing an extreme increase in cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in FIG.
FIG. 3 is a partial perspective view of a sensor rotor for detecting rotation.
FIG. 4 is a diagram showing a waveform of an output signal of a rotation detection sensor facing the sensor rotor and a waveform of a displacement sensor for measuring a load.
FIG. 5 is a diagram showing a correction signal according to a rotation angle from a reference position.
FIG. 6 is a front view of another example of the sensor rotor for detecting rotation as viewed from the axial direction.
FIG. 7 is a diagram showing a waveform of an output signal of a rotation detection sensor facing the sensor rotor and a waveform of a displacement sensor for measuring a load.
FIG. 8 is a sectional view showing an example of a conventionally known rolling bearing unit with a rotation speed detecting device.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of a conventionally known rolling bearing unit with a load measuring device.
FIG. 10 is a sectional view showing an example of a rolling bearing unit with a load measuring device according to the invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
FIG. 12 is an enlarged view of a portion C in FIG. 10;
[Explanation of symbols]
1 outer ring
2 hub
3 Flange
4 Hub body
5 nuts
6 Inner ring
7 Outer ring track
8 Inner ring track
9 rolling elements
10, 10a, 10b Sensor rotor
11 Cover
12, 12a Rotation detection sensor
13, 13a Mounting hole
14, 14a Displacement sensor
15 Sensor ring
16a, 16b displacement measuring element
17 Holder
18, 18a Detected ring
19 cylindrical part
20 Bent part
21 Harness
22 Displacement sensor unit
23a, 23b Magnetic detecting element
24 harness
25 First processing circuit
26 Connector
27 Second processing circuit
28 Controller
29 memory
30a, 30b protrusion

Claims

A pair of races that are freely combined with each other via a plurality of rolling elements, a load measurement sensor that changes output in response to a change in the distance between the races, A calculator for calculating a load acting between the pair of races based on a change in the output of the sensor; and a change in the output of the sensor when the races rotate relative to each other in a no-load state. And a storage unit for storing the correction signal as a correction signal, wherein the computing unit stores the output of the sensor and the correction signal when the pair of races relatively rotate under a load. A load measuring device for a rolling bearing unit that calculates a load applied between the pair of races based on the load.

2. The load for a rolling bearing unit according to claim 1, wherein a plurality of sensors, each of which changes its output in response to a change in the distance between a pair of races, are arranged in the circumferential direction. measuring device.

In addition to the load measurement sensor, a rotation detection sensor capable of detecting the relative rotation between the pair of bearing rings at least with respect to the rotation angle from the reference position is provided, and the pair of bearing rings are rotated relative to each other without load. While changing the output of the load measuring sensor in accordance with the change in the distance between the two races, the change in the output of this sensor is determined in accordance with the output of the rotation detection sensor in the circumferential position. The load measuring device for a rolling bearing unit according to any one of claims 1 to 2, wherein a correction signal is stored in the storage means in correspondence with the correction signal.