JP2004270770A - センサ付き転がり軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】高分解能の回転検出が可能なセンサ付き転がり軸受ユニットを提供する。
【解決手段】センサ装置２は、回転側軌道部材４に設けられたロータ８および固定側軌道部材３に設けられたステータ７からなるレゾルバと、ステータ７とロータ８との間のエアギャップ量に応じて出力される信号を処理する処理回路とを備えている。転がり軸受１の玉５がロータ８として使用されるとともに、ステータ７は、玉５を軸方向から臨むように固定側軌道部材３に固定されている。
【選択図】 図１

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し、特に、自動車を構成するハブユニットと自動車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ハブユニットに適用するのに好適な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であるパルサリング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（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実開平１−１５６４６３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のセンサ付き転がり軸受ユニットでは、回転検出の分解能の向上や小径化の要求が強くなっているが、パルサリングを使用するものでは、分解能がパルサリングの着磁極数に依存するため、分解能の向上には、その極数を増すことが必要となる。しかしながら、このようにすると、磁束密度が低くなってセンサ装置の信号出力の絶対値が小さくなり、回転を正確に測定できなくなるという問題が生じることから、分解能の向上には限界があった。
【０００５】
この発明の目的は、高分解能の回転検出が可能なセンサ付き転がり軸受ユニットを提供することにある。
【０００６】
【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、ステータおよびロータからなるレゾルバを備えており、転動体がロータとして使用されるとともに、ステータは、転動体を軸方向から臨むように固定側軌道部材に固定されていることを特徴とするものである。
【０００７】
レゾルバは、回転角度検出装置として公知のものであり、ステータに正弦波電圧を入力した状態で、回転側軌道部材と固定側軌道部材とが相対回転すると、ステータとロータの被検出面とのエアギャップ量が連続にまたは不連続に変化することに伴い、ステータに回転角に応じた電圧が得られ、これにより、転がり軸受の回転状態を検出することができる。ステータおよびロータ（転動体）は、磁性材料で形成される。転動体は、例えば、ＳＵＪ２製とされることにより、軸受の軌道部材としての強度とロータとしての磁性との特性を両立保持するものとされる。
【０００８】
レゾルバのステータは、例えば、側面が櫛歯状に形成されたリング状の鉄心と、すべての歯の部分に順次コイルが巻かれて形成されたステータ巻線とから構成される。
【０００９】
ロータについては、ロータとなる部材を製作して回転側軌道部材に取り付けるのではなく、転動体自体がロータとして使用される。すなわち、転動体は、回転側軌道部材の回転に伴って公転し、転動体がステータに接近したときにエアギャップ量が小さくなり、転動体がステータから離れていくときにエアギャップ量が大きくなることから、ロータ（磁性体）とのエアギャップ量の変化を検知するように構成されたステータによって、転動体（磁性体）とステータとのエアギャップ量の変化が検出される。
【００１０】
この発明のセンサ付き転がり軸受ユニットによると、転動体がロータとして使用されているので、ロータ用の新たな部材は不要であり、センサ装置無しの転がり軸受にステータを取り付ける工程（ステータの軌道部材への圧入または軌道部材に被せられるカバーへのステータの埋設）が増えるのみであることから、組立の自動化が従来と同様に可能であり、センサ付き転がり軸受ユニットのコストを下げることができる。また、転動体をロータとして使用するとともに、ステータを固定側軌道部材に取り付けるだけで、回転検出機能が得られるので、コンパクト化を図ることもできる。例えば、このセンサ付き転がり軸受ユニットをセンサ付きハブユニットとして使用してＡＢＳのための回転を検出する場合、転動体をロータとしても、必要かつ十分な精度が得られ、ロータの加工を不要とすることによる低コスト化が可能となる。
【００１１】
ステータは、カバーに固定され、このカバーが固定側軌道部材に固定されていることがあり、また、固定側軌道部材に圧入されていることがある。前者は、ステータを回転側軌道部材の端部に配置する場合に適しており、後者は、ステータを回転側軌道部材の中央部（転動体間）に配置する場合に適している。
【００１２】
ステータを回転側軌道部材の端部に配置する場合には、ステータの配線は、円筒状に形成された固定側軌道部材の端部開口から取り出される。この端部開口には、有底円筒状に形成されたカバーが被せられ、このカバーの底部に、送信用のハーネスが取り付けられるコネクタ部が形成される。リード線、コネクタピンなどの配線部材は、カバー内部に充填された樹脂により、カバー内に包埋固定される。こうして、ステータの配線を簡単にかつ断線の恐れなく外部に取り出すことができる。このようにすると、ステータのカバーへの取付けを予め行うことができ、また、信号線を軌道部材から取り出さなくてもよいので、センサ付き軸受ユニットの組立てをより容易に行うことができる。
【００１３】
レゾルバとしては、種々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、このうち、ＶＲ（バリアブル・リアクタンス）形レゾルバが好適である。
【００１４】
センサ装置には、ステータとロータの被検出面すなわち回転側軌道部材の端面との間のエアギャップ量に応じて出力される信号を処理する処理回路が設けられ、この処理回路は、ＡＢＳ等のために必要な回転角度や回転速度を求める回転検出部と、ステータとロータとの間のエアギャップ量から軌道部材にかかる荷重を求める荷重演算部とを有していることが好ましい。
【００１５】
走行する車両の速度変化や姿勢変化に伴って、各タイヤに掛かる接地荷重が変動するが、この接地荷重の大きさによって車軸の車体に対する変位量が変動することとなる。この車軸の変位は、転がり軸受における固定側軌道部材に対する回転側軌道部材の変位すなわちステータとロータとの間のエアギャップ量と対応関係にある。したがって、タイヤの接地荷重と回転側軌道部材の変位量との関係を予め求めておくとともに、ステータとロータとの間のエアギャップ量をレゾルバで測定することにより、接地荷重−変位量の関係式とエアギャップ量から接地荷重を精度よく求めることができる。こうして得られたタイヤ接地荷重は、ＡＢＳ制御におけるスリップ率の代替えデータとして使用されるほか、駆動力制御やブレーキ力制御などにおいて使用され、車両制御の精度向上に資することができる。レゾルバは、それ自体が回転を検出するものであることから、接地荷重とともに回転情報も知ることができ、車輪の回転とタイヤの接地荷重という車両制御で重要なパラメータを１つのセンサで得ることができる。
【００１６】
【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。
【００１７】
図１は、この発明のセンサ付き転がり軸受ユニットをセンサ付きハブユニットに適用した第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１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。
【００１８】
図１に示すように、センサ付き転がり軸受ユニットは、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としてのレゾルバ（２）とを備えている。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。内軸（１４）の左端部には、内輪（１７）の抜けを防止しているかしめ部（１６ａ）が設けられている。また、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。
【００２２】
レゾルバ（２）は、ＶＲ形ブラシレスレゾルバで、ステータ（７）およびロータ（８）からなり、そのステータ（７）は、固定側軌道部材（３）の左端部に配置されており、左列の玉（５）の左面に左方（軸方向外方）から対向するように、固定側軌道部材（３）の左端部に被せ止められているカバー（２１）に保持されている。ロータ（８）としては、転がり軸受（ハブユニット）（１）の玉（５）が使用されている。ロータ（８）とされた玉（５）には、特別な加工は施されていないが、回転側軌道部材（４）の回転に伴って、玉（５）が公転すると、玉（５）がステータ（７）に接近すると、エアギャップ量が小さくなり、玉（５）がステータ（７）から離れていくと、エアギャップ量が大きくなることから、玉（５）とステータ（７）とのエアギャップ量が変化する。したがって、ステータ（７）が磁性体であるロータとのエアギャップ量の変化を検知するのと同じ原理で、ステータ（７）は、玉（５）とのエアギャップ量の変化を検出することができる。こうして、玉（５）自体がロータ（８）とされている。
【００２３】
ステータ（７）は、側面が櫛歯状に形成されたリング状の鉄心（９）と、鉄心（９）のすべての歯の部分に順次コイルが巻かれて形成されたステータ巻線（１０）とからなる。
【００２４】
カバー（２１）は、金属または樹脂により有底円筒状に形成されたもので、その右端部には、固定側軌道部材（３）の左端部内周に嵌合固定されている円筒状固定部（２１ａ）が形成されている。ステータ（７）は、カバー（２１）の固定部（２１ａ）の内周面に圧入されている。
【００２５】
固定側軌道部材（３）の左端部の内周面に嵌合固定されているカバー（２１）の固定部（２１ａ）の左側には、径方向外方に突出し固定側軌道部材（３）の左端部における軸方向端面に当接する環状凸部（２１ｂ）が形成されている。カバー（２１）の底部には、送受信用のハーネスが取り付けられるコネクタ部（２１ｃ）が形成されている。ステータ巻線（１０）の出力は、リード線（３０）を介してコネクタピン（３１）に接続される。リード線（３０）、コネクタピン（３１）およびステータ（７）は、カバー（２１）内部に充填された樹脂（２２）によりカバー（２１）内に包埋固定されている。また、カバー（２１）底部のコネクタ部（２１ｃ）も樹脂により形成されており、コネクタピン（３１）は、このコネクタ部（２１ｃ）に先端を樹脂（２２）から突出させて収められている。リード線（３０）およびコネクタピン（３１）は、信号の種類に合わせて複数設けられている。
【００２６】
固定側軌道部材（３）の左端部近くには、左端開口径よりも若干径が小さくなされたストッパ部（３ａ）が形成されており、ステータ（７）は、カバー（２１）の固定部（２１ａ）の右端部がこのストッパ部（３ａ）に左方から当接することにより、内輪（１７）左端面にちょうど対向するよう位置決めされている。こうして、ステータ（７）がカバー（２１）を介して固定側軌道部材（３）の左端部に取り付けられている。
【００２７】
回転側軌道部材（４）が回転すると、ステータ（７）とロータ（８）である玉（５）とのギャップが変化し、ステータ（７）に回転角に応じた電圧が得られ、ステータ（７）の電圧変化が信号線（図示略）を介して処理回路に送られる。これにより、ＡＢＳなどのために必要な回転軸の回転状態を検出することができる。
【００２８】
図２は、この発明のセンサ付き転がり軸受ユニットをセンサ付きハブユニットに適用した第２実施形態を示している。
【００２９】
図２に示すように、センサ付き転がり軸受ユニットは、ハブユニット（４１）と、その回転および接地荷重を検出するセンサ装置としてのレゾルバ（４２）を備えている。
【００３０】
ハブユニット（４１）は、車体側に固定される固定側軌道部材（４３）、車輪が取り付けられる回転側軌道部材（４４）、両部材（４３）（４４）の間に２列に配置された複数の転動体である玉（４５）、および各列の玉（４５）をそれぞれ保持する保持器（４６）を備えている。
【００３１】
固定側軌道部材（４３）は、内周面に２列の外輪軌道が形成されている円筒部（５２）と、円筒部（５２）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（５３）とを有している。
【００３２】
回転側軌道部材（４４）は、第１の軌道溝（５５ａ）を有する大径部（５５）および第１の軌道溝（５５ａ）の径よりも小さい外径を有する小径部（５６）を有している内軸（５４）と、内軸（５４）の小径部（５６）外径に嵌め止められた内輪（５７）とからなる。内軸（５４）の左端部には、おねじ部が形成されており、このおねじ部には、内輪（５７）を内軸（５４）の大径部（５５）左端面に密接させるナット（５８）がねじ合わされている。内軸（５４）の右端近くには、車輪を取り付けるための複数のボルト（５９）が固定されフランジ部（６０）が設けられている。内輪（５７）には、内軸（５５）の軌道溝（５５ａ）と並列するように、軌道溝（５７ａ）が形成されている。固定側軌道部材（４３）の右端部と内軸（５５）との間には、シール装置（６１）が設けられている。
【００３３】
レゾルバ（４２）は、ＶＲ形ブラシレスレゾルバで、ステータ（４７）およびロータ（４８）からなり、そのステータ（４７）は、右列の玉（５）の左面に左方（軸方向中央）から対向するように、固定側軌道部材（４３）の軸方向ほぼ中央部に圧入されて固定されている。そして、ロータ（４８）としては、第１実施形態と同様に、特別な加工は施されていない転がり軸受（ハブユニット）（４１）の玉（４５）が使用されている。
【００３４】
ステータ（４７）は、側面が櫛歯状に形成されたリング状の鉄心（４９）と、鉄心（４９）のすべての歯の部分に順次コイルが巻かれて形成されたステータ巻線（５０）とからなる。
【００３５】
回転側軌道部材（４４）が回転すると、ステータ（４７）とロータ（４８）である玉（４５）とのギャップが変化し、ステータ（４７）に回転角に応じた電圧が得られ、ステータ（４７）の電圧変化が信号線（図示略）を介して処理回路に送られる。これにより、ＡＢＳなどのために必要な回転軸の回転状態を検出することができる。
【００３６】
上記第１および第２実施形態のセンサ付き転がり軸受ユニットによると、タイヤの接地荷重が変動すると、固定側軌道部材（３）（４３）に対する回転側軌道部材（４）（４４）の変位量が変化し、これに伴って、レゾルバ（２）（４２）で検出されるステータ（７）（４７）と玉（５）（４５）との間のエアギャップ量が変化する。図３に示すように、このエアギャップ量の変化は、電圧変動量としてレゾルバ（２）（４２）から出力される。レゾルバ（センサ装置）の処理回路の回転検出部では、この出力信号に基づき、ＡＢＳなどのために必要な回転角度や回転速度などが求められる。レゾルバの処理回路には、さらに、電圧の変動量として出力された変位量から接地荷重を求める演算式が蓄えられた接地荷重演算部が設けられており、この演算部によって接地荷重が求められる。得られた接地荷重は、車両制御手段に出力され、車両に適正な制御が施される。
【００３７】
なお、上記のレゾルバ（２）（４２）は、ＶＲ形ブラシレスレゾルバに限られるものではなく、また、その設置位置も転動体を臨む適宜な位置に変更可能である。また、ステータ（７）（４７）を固定側軌道部材（３）（４３）に端部に取り付ける際には、図１に示したようにカバー（２１）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）（４３）に直接取り付けるようにしてももちろんよい。
【００３８】
また、上記の実施形態のハブユニット（１）（４１）では、固定側軌道部材（３）（４３）は、車体に固定される取付け部（１８）（６０）を有する外輪とされ、回転側軌道部材（４）（４４）は、車輪が取り付けられる内軸（１４）（５４）および内軸（１４）（５４）に外嵌された内輪（１７）（５７）からなる構成とされており、従動輪に適するものであるが、上記センサ装置（レゾルバ）（２）（４２）は、駆動輪での使用に適するように、車体に取り付けられる懸架部材と、車輪が取り付けられる車軸部材と、懸架部材に取り付けられた外輪、車軸部材に取り付けられた内輪、および両軌道輪の間に配置された転動体を有する転がり軸受と、センサ装置とを備えている車軸支持装置に適用することもできる。この場合には、車軸部材は、動力伝達装置に接続されるドライブシャフトと、車輪取付け部を有しドライブシャフトに固定されたハブシャフトとからなるものとされ、ステータ（７）は、外輪または懸架部材に圧入により取り付けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットの第１実施形態を示す横断面図である。
【図２】図２は、この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットの第２実施形態を示す横断面図である。
【図３】図３は、センサ付き転がり軸受ユニットの処理回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
（１）（４１） ハブユニット
（２）（４２） レゾルバ
（３）（４３） 固定側軌道部材
（４）（４４） 回転側軌道部材
（５）（４５） 玉（転動体）
（７）（４７） ステータ
（８）（４８） ロータ（内輪端面）
（１３）（６０） フランジ部（車体への取付け部）
（２１） 樹脂カバー

Claims (3)

1. 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、ステータおよびロータからなるレゾルバを備えており、転動体がロータとして使用されるとともに、ステータは、転動体を軸方向から臨むように固定側軌道部材に固定され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。
2. ステータは、カバーに固定され、このカバーが固定側軌道部材に固定されている請求項１のセンサ付き転がり軸受ユニット。
3. ステータは、固定側軌道部材に圧入されている請求項１のセンサ付き転がり軸受ユニット。

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