JP2004263721A - Rolling bearing unit with sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、転がり軸受と転がり軸受の各種情報を検出するセンサ装置とが一体化されたセンサ付き転がり軸受ユニットに関する。
【0002】
【従来の技術】
鉄道車両や自動車においては、車軸あるいは車軸に回転を伝達する回転軸を支持するとともに軸の回転速度・回転角度等の回転を検出するために、転がり軸受、ならびにそれに設けられたセンサ装置および被検出部材を備えたセンサ付き転がり軸受ユニットが使用されている。
【0003】
この種のセンサ付き転がり軸受ユニットとして、特許文献1には、センサ装置が電磁誘導式の回転速度検出器で、被検出部材が所定形状の凹凸を有する環状体(パルサリング)とされたものが開示され、特許文献2には、センサ装置が磁気センサで、被検出部材が等間隔でN極およびS極を有する環状磁石(着磁パルサ)とされたものが開示されている。
【0004】
【特許文献1】
実開平6−47867号公報
【0005】
【特許文献2】
特開平11−174069号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献1および特許文献2のセンサ付き転がり軸受ユニットによると、両者間に磁極の有無の違いはあっても、いずれも、回転側軌道部材に被検出部材を取り付ける必要があり、組立て工数および部品点数が増加し、高コストとなるという問題があった。
【0007】
この発明の目的は、従来必要であった被検出部材を不要とし、簡易な構成で回転速度を検出することができるセンサ付き転がり軸受ユニットを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットは、固定側軌道部材、回転側軌道部材および両部材間に配置された転動体を有する転がり軸受と、転がり軸受に設けられたセンサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受ユニットにおいて、センサ装置は、固定側軌道部材に設けられかつ回転側軌道部材周面との間に形成されるギャップを検出する磁歪センサと、ギャップの変化の繰り返し数から回転側軌道部材の回転速度を求める信号処理手段とを有していることを特徴とするものである。
【0009】
この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットは、自動車のハブユニットに好適に使用されるが、モータなどにおいて、その回転体を支持する軸受部分に使用することもできる。
【0010】
回転側軌道部材周面との間に形成されるギャップは、1回転ごとの周期的な変化となり、このギャップの変化の繰り返し数を使用することにより、転がり軸受の回転側軌道部材の回転速度を求めることができる。
【0011】
ギャップは、例えば、回転側軌道部材の偏心によって生じるもので、回転側軌道部材の偏心は、その周面の一部または全部を偏心円筒面とする加工によっても得ることができるが、従来同様の加工および組立てを行った場合に、その加工および組立て誤差によって芯ずれが生じることから、この芯ずれを従来の被検出部材に変えて使用することにより、被検出部材の省略が可能となる。なお、回転側軌道部材の周方向に等間隔でまたは周上の1カ所に設けられたボルト等の突出面との距離をギャップとして検出するようにしてもよい。
【0012】
磁歪センサは、逆磁歪効果(物質が歪むあるいは変形すると磁力が現れる現象)を計測するセンサであり、磁歪センサとしては、例えば、透磁率の高い磁性線に高周波電流を印加したときの磁性線両端間のインピーダンスが外部磁場によって変化する電磁気現象を利用して外部磁場を計測する磁気インピーダンスセンサ(MIセンサ)、インピーダンスが応力により変化することを利用した応力インピーダンスセンサ(SIセンサ)などが挙げられる。MIセンサによると、例えば、1μmの変位量を1mV〜3mVの電圧として検出することができる。
【0013】
回転側軌道部材は、高炭素クロム軸受鋼等の磁性体によって形成される。固定側軌道部材および転動体は、回転側軌道部材と同材質であってもよいが、転動体については、転動体が磁歪センサに近づいたり遠ざかったりしても磁場に影響を及ぼさないように、窒化ケイ素や炭化ケイ素などのセラミックまたは非磁性の鋼材等の非磁性材料としてもよい。
【0014】
この発明のセンサ付き転がり軸受ユニットによると、回転側軌道部材の偏心等によって生じるギャップの変化を磁歪センサによって検出することにより、パルサリングや着磁パルサなどと称されている被検出部材を不要として、回転を検出することができ、組立て工数および部品点数が減少し、コストを低減することができる。
【0015】
固定側軌道部材は、車体に固定される取付け部を有する外輪とされ、回転側軌道部材は、車輪が取り付けられる内軸および内軸に外嵌された内輪からなり、磁歪センサは、内輪の外周面に対向するように固定側軌道部材の端部に固定されていることがある。
【0016】
磁歪センサは、内輪の抜けを防止するかしめ部の外周面に対向するように設けてもよく、また、内軸の外周面に対向するように設けてもよいが、これを内輪の外周面に対向するように固定側軌道部材の端部に固定することにより、磁歪センサの信号線の取り出しを固定側軌道部材の端部から行うことができ、センサ付き軸受ユニットの組立てを容易に行うことができる。磁歪センサは、例えば、これを樹脂に埋設し、その樹脂を固定側軌道部材またはこれに固定されたカバー等に一体化させることにより、容易に固定側部材に取り付けることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【0018】
図1は、この発明のセンサ付き転がり軸受ユニットの第1実施形態を示している。以下の説明において、左右および上下は、図の左右および上下をいうものとする。なお、左が車両の内側に、右が車両の外側となっている。
【0019】
図1に示すように、センサ付き転がり軸受ユニットは、転がり軸受としてのハブユニット(1)と、その回転および接地荷重を検出するセンサ装置(2)とを備えている。
【0020】
ハブユニット(1)は、車体側に固定される固定側軌道部材(3)、車輪が取り付けられる回転側軌道部材(4)、両部材(3)(4)の間に2列に配置された複数の転動体である玉(5)、および各列の玉(5)をそれぞれ保持する保持器(6)を備えている。
【0021】
固定側軌道部材(3)は、内周面に2列の外輪軌道が形成されている円筒部(12)と、円筒部(12)の左端部近くに設けられて懸架装置(車体)にボルトで取り付けられるフランジ部(13)とを有している。
【0022】
回転側軌道部材(4)は、第1の軌道溝(15a)を有する大径部(15)および第1の軌道溝(15a)の径よりも小さい外径を有する小径部(16)を有している内軸(14)と、内軸(14)の小径部(16)外径に嵌め止められて右面が内軸(14)の大径部(15)左面に密接させられている内輪(17)とからなる。内軸(14)の右端近くには、車輪を取り付けるための複数のボルト(19)が固定されたフランジ部(18)が設けられている。内輪(17)の右部には、内軸(14)の軌道溝(15a)と並列するように、軌道溝(17a)が形成されており、内輪(17)の左部に肩部(17b)が形成されている。固定側軌道部材(3)の右端部と内軸(14)との間には、シール装置(20)が設けられている。固定側軌道部材(3)の左端部には、カバー(21)が被せ止められている。
【0023】
センサ装置(2)は、固定側軌道部材(3)に取り付けられた磁歪センサ(7)と、磁歪センサ(7)の出力を処理する処理手段(図示略)とを備えている。
【0024】
この実施形態では、磁歪センサ(7)は、磁気インピーダンスセンサとされており、金属製のカバー(21)の内部に樹脂(22)により埋設されている。磁歪センサ(7)の先端のセンサ面は、内軸(14)の小径部(16)端部に設けられて内輪(17)の抜けを防止しているかしめ部(16a)に臨まされている。樹脂(22)には、車体側に設けられたセンサ処理手段とセンサ装置(2)とを結ぶハーネスを取り付けるためのコネクタ部(27)が一体に成形されている。コネクタ部(27)には信号用のコネクタピン(23)が設けられており、磁歪センサ(7)とコネクタピン(23)とがコネクタ(24)およびリード線(またはリード線のみ)を介して接続されている。磁歪センサ(7)の検出面とかしめ部(16a)の外周面は径方向のギャップ(S)を介して対向している。固定側軌道部材(3)の中心軸に対して回転側軌道部材(4)の中心軸が(例えば、製造時の誤差に伴う芯ずれにより)わずかに偏心していることにより、ギャップ(S)は、径方向の幅が回転側軌道部材(4)の回転に伴い変化する。磁歪センサ(7)は、図4に示すように、ギャップ(S)の径方向の幅に応じた電圧値を出力する。同図のTiは、回転側軌道部材(4)の回転周期であり、ギャップ(S)は、1回転ごとの周期的な変化となっている。この電圧は、同図(a)に示す正転時だけでなく、同図(b)に示す逆転時にも検出可能である。したがって、この磁歪センサ(7)の出力から回転速度を求めることができる。
【0025】
磁歪センサを取り付ける位置は、適宜変更可能であり、図2に示すように、磁歪センサ(8)は、カバー(21)の内部に固定されるとともに、そのセンサ面が内輪(17)の肩部(17b)の外周面に臨まされているようにしてもよい。図2のその他の点は図1と同じであり、同じ構成に同じ符号を付して、その説明は省略する。
【0026】
また、図3に示すように、磁歪センサ(9)は、固定側軌道部材(3)の軸方向略中央部に固定されるとともに、その先端のセンサ面が内軸(14)の大径部(15)外周面に臨まされているようにしてもよい。同図において、磁歪センサ(9)は、発振回路とともに、樹脂製のケース(25)内に埋設成形されている。また、ケース(25)には、車体側に設けられた処理手段(11)とセンサ装置(2)とを接続するハーネスを取り付けるためのコネクタ部(27)およびケース(25)を固定側軌道部材(3)の外周面に固定するためのフランジ部(25a)が一体に形成されている。コネクタ部(27)内部には信号用のコネクタピン(23)が設けられており、磁歪センサ(9)とコネクタピン(23)とが、リード線(24)を介して接続されている。ケース(25)は、固定側軌道部材(3)に形成された取付け孔(3a)に挿入され、フランジ部(25a)がボルト(26)により固定側軌道部材(3)に固定されている。
【0027】
図2および図3に示すように、磁歪センサ(8)(9)を取り付けた場合であっても、磁歪センサ(8)(9)の出力は、図4のようになり、したがって、この磁歪センサ(8)(9)の出力から回転速度を求めることができる。
【0028】
なお、磁歪センサは、図1、図2または図3に示したようにカバー(21)やケース(25)に樹脂によって支持させるのではなく、固定側軌道部材(3)に直接取り付けるようにしてもよい。
【0029】
なお、上記においては、ハブユニット(1)の回転側軌道部材(4)の回転速度を求める例を示したが、ハブユニット以外の種々の転がり軸受について、上記の実施形態に基づきその回転側軌道部材の回転速度を求めることができる。この場合に、転がり軸受は、玉軸受の他、ころ軸受、ニードル軸受等が使用可能であり、また、単列であってもよく、複列であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットの第1実施形態を示す縦断面図である。
【図2】この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットの第2実施形態を示す縦断面図である。
【図3】この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットの第3実施形態を示す縦断面図である。
【図4】磁歪センサの出力の一例を示す図である。
【符号の説明】
(1) ハブユニット
(2) センサ装置
(3) 固定側軌道部材
(4) 回転側軌道部材
(7)(8)(9) 磁歪センサ(磁気インピーダンスセンサ)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rolling bearing unit with a sensor in which a rolling bearing and a sensor device for detecting various kinds of information on the rolling bearing are integrated.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART In a railway vehicle or an automobile, a rolling bearing, a sensor device provided on the rolling bearing, and a detected device for supporting rotation of a shaft or a rotating shaft for transmitting rotation to the axle and detecting rotation such as rotation speed and rotation angle of the shaft. A rolling bearing unit with a sensor having members is used.
[0003]
As this type of rolling bearing unit with a sensor, Patent Document 1 discloses a sensor device in which a sensor device is an electromagnetic induction type rotational speed detector and a member to be detected is an annular body (pulsaring) having irregularities of a predetermined shape.
[0004]
[Patent Document 1]
Published Japanese Utility Model Application No. Hei 6-47867
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-174069
[Problems to be solved by the invention]
According to the rolling bearing units with a sensor of Patent Document 1 and
[0007]
An object of the present invention is to provide a sensor-equipped rolling bearing unit capable of detecting a rotational speed with a simple configuration by eliminating a conventionally required member to be detected.
[0008]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
A rolling bearing unit with a sensor according to the present invention has a sensor including a rolling bearing having a fixed-side race member, a rotating-side race member, and a rolling element disposed between the two members, and a sensor device provided on the rolling bearing. In the rolling bearing unit, the sensor device includes a magnetostrictive sensor provided on the fixed-side raceway member and detecting a gap formed between the rotation-side raceway member and the peripheral surface of the rotation-side raceway member. Signal processing means for obtaining a rotation speed.
[0009]
The rolling bearing unit with sensor according to the present invention is suitably used for a hub unit of an automobile, but can also be used for a bearing portion for supporting a rotating body of a motor or the like.
[0010]
The gap formed between the rotation-side raceway member peripheral surface and the peripheral surface of the rotation-side raceway member changes periodically every rotation. By using the number of repetitions of the change in the gap, the rotation speed of the rotation-side raceway member of the rolling bearing is reduced. You can ask.
[0011]
The gap is generated, for example, by the eccentricity of the rotation-side raceway member, and the eccentricity of the rotation-side raceway member can be obtained by machining a part or all of the peripheral surface of the rotation-side raceway member as an eccentric cylindrical surface. When processing and assembling are performed, misalignment occurs due to processing and assembling errors. By using this misalignment instead of the conventional detected member, the detected member can be omitted. The distance from the projecting surface of a bolt or the like provided at equal intervals in the circumferential direction of the rotation-side track member or at one location on the circumference may be detected as the gap.
[0012]
A magnetostrictive sensor is a sensor that measures an inverse magnetostrictive effect (a phenomenon in which a magnetic force appears when a substance is distorted or deformed). As the magnetostrictive sensor, for example, both ends of a magnetic wire when a high-frequency current is applied to a magnetic wire having a high magnetic permeability Examples include a magnetic impedance sensor (MI sensor) that measures an external magnetic field using an electromagnetic phenomenon in which impedance between the external magnetic fields changes due to an external magnetic field, and a stress impedance sensor (SI sensor) that uses that an impedance changes due to stress. According to the MI sensor, for example, a displacement of 1 μm can be detected as a voltage of 1 mV to 3 mV.
[0013]
The rotation-side raceway member is formed of a magnetic material such as high-carbon chromium bearing steel. The fixed-side track member and the rolling element may be made of the same material as the rotating-side track member.However, as for the rolling element, the rolling element does not affect the magnetic field even when approaching or moving away from the magnetostrictive sensor. A non-magnetic material such as a ceramic such as silicon nitride or silicon carbide or a non-magnetic steel material may be used.
[0014]
According to the sensor-equipped rolling bearing unit of the present invention, by detecting a change in the gap caused by the eccentricity of the rotation-side raceway member by the magnetostrictive sensor, a detected member called a pulsaring or a magnetized pulsar is not required, The rotation can be detected, the number of assembling steps and the number of parts are reduced, and the cost can be reduced.
[0015]
The fixed-side track member is an outer ring having a mounting portion fixed to the vehicle body, the rotating-side track member is formed of an inner shaft to which the wheel is mounted, and an inner ring externally fitted to the inner shaft, and the magnetostrictive sensor is an outer ring of the inner ring. It may be fixed to the end of the fixed-side track member so as to face the surface.
[0016]
The magnetostrictive sensor may be provided so as to face the outer peripheral surface of the caulked portion for preventing the inner ring from coming off, or may be provided so as to face the outer peripheral surface of the inner shaft. By fixing to the end of the fixed-side track member so as to face, the signal line of the magnetostrictive sensor can be taken out from the end of the fixed-side track member, and the assembly of the sensor-equipped bearing unit can be easily performed. it can. The magnetostrictive sensor can be easily attached to the fixed-side member by embedding it in a resin and integrating the resin with a fixed-side track member or a cover fixed to the same.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 shows a first embodiment of a rolling bearing unit with a sensor according to the present invention. In the following description, left and right and up and down refer to left and right and up and down in the figure. The left side is inside the vehicle and the right side is outside the vehicle.
[0019]
As shown in FIG. 1, the rolling bearing unit with a sensor includes a hub unit (1) as a rolling bearing, and a sensor device (2) for detecting the rotation and the ground load.
[0020]
The hub unit (1) is arranged in two rows between the fixed-side track member (3) fixed to the vehicle body side, the rotating-side track member (4) to which wheels are attached, and both members (3) and (4). A ball (5), which is a plurality of rolling elements, and a retainer (6) for holding each row of balls (5) are provided.
[0021]
The fixed-side track member (3) is provided near the left end of the cylindrical portion (12) having two rows of outer raceways formed on the inner peripheral surface, and is provided with a bolt on a suspension device (vehicle body). And a flange portion (13) that is attached by a.
[0022]
The rotation-side race member (4) has a large-diameter portion (15) having a first raceway groove (15a) and a small-diameter portion (16) having an outer diameter smaller than the diameter of the first raceway groove (15a). Inner shaft (14), and a small diameter portion (16) of the inner shaft (14), which is fitted to the outer diameter and whose right surface is closely contacted with the large diameter portion (15) left surface of the inner shaft (14). (17). Near the right end of the inner shaft (14), a flange portion (18) to which a plurality of bolts (19) for attaching a wheel are fixed is provided. A track groove (17a) is formed on the right side of the inner ring (17) so as to be parallel to the track groove (15a) of the inner shaft (14), and a shoulder (17b) is formed on the left part of the inner ring (17). ) Is formed. A sealing device (20) is provided between the right end of the fixed-side track member (3) and the inner shaft (14). A cover (21) is placed over the left end of the fixed-side track member (3).
[0023]
The sensor device (2) includes a magnetostrictive sensor (7) attached to the fixed-side track member (3), and processing means (not shown) for processing the output of the magnetostrictive sensor (7).
[0024]
In this embodiment, the magnetostrictive sensor (7) is a magneto-impedance sensor, and is embedded in a metal cover (21) with a resin (22). The sensor surface at the tip of the magnetostrictive sensor (7) faces the caulking portion (16a) provided at the end of the small diameter portion (16) of the inner shaft (14) to prevent the inner ring (17) from coming off. . A connector (27) for attaching a harness connecting the sensor processing means provided on the vehicle body side and the sensor device (2) is integrally formed with the resin (22). The connector portion (27) is provided with a signal connector pin (23), and the magnetostrictive sensor (7) and the connector pin (23) are connected via the connector (24) and the lead wire (or only the lead wire). It is connected. The detection surface of the magnetostrictive sensor (7) and the outer peripheral surface of the caulked portion (16a) face each other via a radial gap (S). Since the center axis of the rotating side track member (4) is slightly eccentric with respect to the center axis of the fixed side track member (3) (for example, due to misalignment due to an error at the time of manufacturing), the gap (S) is reduced. The radial width changes with the rotation of the rotation-side race member (4). As shown in FIG. 4, the magnetostrictive sensor (7) outputs a voltage value corresponding to the radial width of the gap (S). In the figure, Ti is the rotation period of the rotation-side track member (4), and the gap (S) is a periodic change every rotation. This voltage can be detected not only at the time of normal rotation shown in FIG. 5A, but also at the time of reverse rotation shown in FIG. Therefore, the rotation speed can be obtained from the output of the magnetostrictive sensor (7).
[0025]
The position at which the magnetostrictive sensor is mounted can be changed as appropriate. As shown in FIG. 2, the magnetostrictive sensor (8) is fixed inside the cover (21), and its sensor surface is a shoulder of the inner ring (17). (17b) You may make it face the outer peripheral surface. The other points in FIG. 2 are the same as in FIG.
[0026]
As shown in FIG. 3, the magnetostrictive sensor (9) is fixed to a substantially central portion in the axial direction of the fixed-side track member (3), and the sensor surface at the tip thereof has a large diameter portion of the inner shaft (14). (15) The outer peripheral surface may be exposed. In the figure, the magnetostrictive sensor (9) is buried in a resin case (25) together with an oscillation circuit. The case (25) includes a connector (27) for attaching a harness connecting the processing means (11) provided on the vehicle body side and the sensor device (2), and the case (25) is a fixed-side track member. A flange portion (25a) for fixing to the outer peripheral surface of (3) is integrally formed. A signal connector pin (23) is provided inside the connector section (27), and the magnetostrictive sensor (9) and the connector pin (23) are connected via a lead wire (24). The case (25) is inserted into a mounting hole (3a) formed in the fixed-side track member (3), and the flange portion (25a) is fixed to the fixed-side track member (3) by bolts (26).
[0027]
As shown in FIGS. 2 and 3, even when the magnetostrictive sensors (8) and (9) are attached, the outputs of the magnetostrictive sensors (8) and (9) are as shown in FIG. The rotation speed can be obtained from the outputs of the sensors (8) and (9).
[0028]
Note that the magnetostrictive sensor is not directly supported on the cover (21) or the case (25) by resin as shown in FIG. 1, FIG. 2 or FIG. 3, but is directly attached to the fixed-side track member (3). Is also good.
[0029]
In the above description, an example is shown in which the rotational speed of the rotation-side race member (4) of the hub unit (1) is determined. The rotational speed of the member can be determined. In this case, as the rolling bearing, besides a ball bearing, a roller bearing, a needle bearing, or the like can be used, and a single row or a double row may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a rolling bearing unit with a sensor according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of a rolling bearing unit with a sensor according to the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a third embodiment of a rolling bearing unit with a sensor according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an output of a magnetostrictive sensor.
[Explanation of symbols]
(1) Hub unit (2) Sensor device (3) Fixed track member (4) Rotation track member (7) (8) (9) Magnetostrictive sensor (magnetic impedance sensor)
Claims (3)
センサ装置は、固定側軌道部材に設けられかつ回転側軌道部材周面との間に形成されるギャップを検出する磁歪センサと、ギャップの変化の繰り返し数から回転側軌道部材の回転速度を求める信号処理手段とを有していることを特徴とするセンサ付き転がり軸受ユニット。A fixed-side race member, a rolling-side bearing member and a rolling bearing having a rolling element disposed between the two members, and a sensor-equipped rolling bearing unit including a sensor device provided on the rolling bearing,
The sensor device includes a magnetostrictive sensor that is provided on the fixed-side track member and detects a gap formed between the fixed-side track member and the circumferential surface of the rotary-side track member, and a signal that determines the rotation speed of the rotary-side track member from the number of repetitions of the gap change. A rolling bearing unit with a sensor, comprising: a processing unit.
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JP2008207591A (en) * | 2007-02-23 | 2008-09-11 | Jtekt Corp | Bearing device for axle |
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2003
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JP2008207591A (en) * | 2007-02-23 | 2008-09-11 | Jtekt Corp | Bearing device for axle |
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