JP2005258529A - ワイヤレスセンサ付き車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電力受信部でのワヤレス電力受信やセンサ信号送信部からのワイヤレス送信を効率良く安定して行えるワイヤレスセンサ付き車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】 この車輪用軸受装置は、車体にナックル１１を介して取付けられる外方部材２と、この外方部材２の内周の複列の軌道面５ａ，５ｂに対向する軌道面６ａ，６ｂを有する内方部材３とを備える。この車輪用軸受装置には、検出対象を検出するセンサ部１２と、このセンサ部の出力信号をワイヤレスで送信するセンサ信号送信部２１と、このセンサ信号送信部２１へ給電する電力をワイヤレスで受信する電力受信部２２とが設けられる。センサ部１２は、例えば回転センサであるが、温度、加速度、振動、湿度、圧力、荷重、トルク等のいずかを検出するものであっても良い。センサ信号送信部２１および電力受信部２２の両方またはいずれか一方における少なくともアンテナが、ナックル１１の上面１１ａに配置される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、アンチロックブレーキ装置用の回転センサや、他のセンサを備え、自動車に用いられるワイヤレスセンサ付き車輪用軸受装置に関する。

アンチロックブレーキ装置（ＡＢＳ）は、低摩擦路やパニックブレーキ時のタイヤロックを検知し、ブレーキを緩めてタイヤグリップを確保することで、操舵安定性を得るものである。タイヤロックを検知する車輪回転数のセンサは、車輪用軸受装置に設けられる。このセンサは、一般には、軸受外部における軌道輪の端部等にパルサリングを設け、このパルサリングに対峙してセンサ部を設けている。しかし、パルサリングおよびセンサ部が露出するため、車輪用軸受装置の小型化の妨げになるという課題がある。このような課題を解消するものとして、車輪回転数のセンサとなる発電機を設けたものや、さらにその検出信号をワイヤレスで送信可能としたものが提案されている。

図８は、この種のセンサ付き車輪用軸受装置の提案例（例えば特許文献１）を示す。この軸受は、円周方向に磁極が並ぶ多極磁石を有するパルサリング５３と、このパルサリング５３に対面する磁性体リング５４とからなる発電機式の回転センサ５２をインボード側端部に設けたものであり、転動体５５を介して外、内に位置する外方部材５６および内方部材５７を有する。外方部材５６はナックル５８を介して車体に取付けられる。内方部材５７の内径面に等速自在継手５９の外輪５９ａが固定されて、内方部材５７と等速自在継手外輪５９ａとで回転側部材が構成される。発電機式回転センサ５２のパルサリング５３は内方部材５７の外周に取付けられ、このパルサリング５３と径方向に対面するするように、発電機式回転センサ５２の磁性体リング５４がナックル５８の外方部材取付部５８ａにおける内周側に取付けられる。磁性体リング５４には、発電機式の回転センサ５２の出力信号である車輪回転数信号をワイヤレスで送信するセンサ信号送信部６０が取付けられている。このセンサ信号送信部６０がワイヤレス送信するセンサ信号は、例えばタイヤハウス内等に設置されるセンサ信号受信部（図示せず）で受信される。

前記センサ付き車輪用軸受装置では、回転センサ５２として発電機を用いた場合を示したが、回転センサ５２が電力を生成しない場合の例として、回転センサ５２のセンサ信号送信部６０へ給電する電力をワイヤレスで受信する電力受信部をセンサ信号送信部６０の近傍に取付けたものも提案されている。この場合、電力受信部へ電力をワイヤレスで送信する電力送信部は、センサ信号受信部と共にタイヤハウス内等に設置される。
特開２００３−２８７０４６号公報

しかし、上記した構成の車輪用軸受装置では、以下に挙げるような問題点がある。特にワイヤレス給電を行う場合に、効率の面で問題が大きい。
・ステアリング角を変えると、タイヤハウス内に取付けた無線給電を行うための電力送信部と、車輪用軸受装置やナックル等に取付けた電力受信部との距離が変化して、電力受信部の受信電力が変動したり低減する。
・ステアリング角の変化によって、車輪用軸受装置やナックル等に取付けた電力受信部の位置などが変化すると、タイヤハウス内に取付けた電力送信部のアンテナ指向性を高くすることができず、効率の良い無線給電ができない。
・車輪用軸受装置またはその周辺にセンサ信号送信部や電力受信部を配置すると、車輪用軸受装置にある等速自在継手の外輪やナックル等によって電波が遮られ、タイヤハウス内に取付けたセンサ信号受信部までワイヤレスでセンサ信号を送信することが困難である。同様に、無線給電においても、タイヤハウス内に取付けた電力送信部からワイヤレスで送信される電力が車輪用軸受装置にある等速自在継手の外輪やナックル等によって遮られ、電力受信部で安定して電力を受信することが困難である。

この発明の目的は、電力受信部でのワイヤレス電力受信や、センサ信号送信部からのワイヤレス送信を効率良く安定して行えるワイヤレスセンサ付き車輪用軸受装置を提供することである。

この発明のワイヤレスセンサ付き車輪用軸受装置は、車体にナックルを介して取付けられて内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、検出対象を検出するセンサ部と、このセンサ部の出力信号をワイヤレスで送信するセンサ信号送信部と、このセンサ信号送信部へ給電する電力をワイヤレスで受信する電力受信部とを設け、前記センサ信号送信部および電力受信部の両方またはいずれか一方における少なくともアンテナを上記ナックルの上面に配置したことを特徴とする。
この構成において、電力受信部のアンテナをナックル上面に配置した場合は、ステアリング角を変化させてもワイヤレス給電を行うためにタイヤハウス内等に設置した電力送信部と電力受信部とのアンテナ間の距離の変化が無くなり、電力受信部の受信電力変動や受信電力低減がなくなる。また、電力受信部のアンテナをナックル上面に配置することで、ステアリング角の変化によっても電力受信部の位置が変化せず、タイヤハウス内等に設置した電力送信部のアンテナ指向性を高くすることができ、効率の良いワイヤレス給電が可能となる。また、電力受信部のアンテナがナックル上面に配置されていると、車輪用軸受装置の近傍にある等速自在継手外輪やナックル等が電波を遮らないことから、電力受信部の受信電力も安定する。
センサ信号送信部のアンテナをナックル上面に配置した場合は、車輪用軸受装置の近傍にある等速自在継手外輪やナックル等がセンサ信号の電波を遮らなくなり、センサ信号の送受信が容易になる。そのため、アンテナ指向性を高くでき、センサ信号の送受信がより効率的に行える。

この発明において、前記センサ信号送信部および電力受信部の両方またはいずれか一方における全体をナックル上面に配置しても良い。アンテナだけでなく、センサ信号送信部または電力受信部の全体をナックル上面に配置すると、これらセンサ信号送信部または電力受信部の回路部品とアンテナとを離して配置する場合に比べて、コンパクトに構成することができる。

この発明において、前記センサ信号送信部と電力受信部とを一体の部品としてユニット化し、このユニット化した一体部品であるワイヤレスセンサユニットをナックルの上面に配置しても良い。このようにセンサ信号送信部と電力受信部とを一体部品にユニット化した場合、センサ信号送信部と電力受信部の体積をさらにコンパクト化でき、また組立工数も削減できる。

この発明において、前記センサ部は、回転、温度、加速度、振動、湿度、圧力、荷重、トルク、軸受の予圧を検出するセンサのうちのいずれか一つ、または任意の複数を組み合わせたものであっても良い。上記回転および加速度は、例えば外方部材および内方部材のうちの回転側部材の回転速度および加速度である。
車輪用軸受装置において、回転速度のセンサ信号は、アンチロックブレーキ装置の制御や自動車の姿勢制御に用いられる。加速度のセンサ信号は、これらの制御を高度化する場合に用いられる。圧力、荷重、トルクのセンサ信号は自動車の姿勢制御に用いられ、また温度、振動、湿度等は、車輪用軸受装置が正常状態であるかの検出等に用いられる。自動車の制御の高度化に伴って、車輪用軸受装置の知能化を高めることが求められ、種々のセンサ信号が要求される。このような種々のセンサ信号を、この発明によると効率的に送信でき、またそのセンサ部の駆動電力を効率的に供給することができる。

この発明のワイヤレスセンサ付き車輪用軸受装置は、車体にナックルを介して取付けられて内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、検出対象を検出するセンサ部と、このセンサ部の出力信号をワイヤレスで送信するセンサ信号送信部と、このセンサ信号送信部へ給電する電力をワイヤレスで受信する電力受信部とを設け、前記センサ信号送信部および電力受信部の両方またはいずれか一方における少なくともアンテナを上記ナックルの上面に配置したため、電力受信部でのワヤレス電力受信やセンサ信号送信部からのワイヤレス送信を効率良く安定して行うことができる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図４と共に説明する。この車輪用軸受装置は、固定側部材となる外方部材２と、回転側部材となる内方部材３とを備える。外方部材２は車体の懸架装置に設けられたナックル１１に、インボード側端の外周が嵌合し、外方部材２のフランジ２ａでナックル１１にボルト固定される。この実施形態の車輪用軸受装置は第４世代型のものであり、内方部材３は、ハブ輪７とその内径面に挿入されて固定された等速自在継手１５の外輪１５ａとで構成される。等速自在継手外輪１５ａの軸部１６は、基端側の大径部１６ａと小径部１６ｂとで形成され、小径部１６ｂがハブ輪７の内径面に嵌合して固定されている。なお、この明細書において、インボード側とは車輪用軸受装置を車両に取付けた状態で車幅方向の中央側となる側を言い、外側となる側をアウトボード側という。

外方部材２は、内周に複列の軌道面５ａ，５ｂを有し、これら軌道面５ａ，５ｂにそれぞれ対向する軌道面６ａ，６ｂが内方部材３の外周に設けられている。内方部材３の複列の軌道面６ａ，６ｂは、ハブ輪７および等速自在継手外輪１５ａにそれぞれ形成されている。複列の転動体４は、軌道面５ａ，６ａ間、および軌道面５ｂ，６ｂ間に介在する。内方部材３は、車輪取付フランジ３ａを有し、この車輪用取付フランジ３ａに車輪（図示せず）がボルトで取付けられる。転動体４は各列毎に保持器８で保持されている。外方部材２，内方部材３，転動体４および保持器８により転がり軸受が構成され、外方部材２および内方部材３はその軌道輪となる。外方部材２と内方部材３との間の環状空間の軸方向両端部がシール部材９，１０によりシールされている。

この構成の車輪用軸受装置において、外方部材２と内方部材４との間にセンサ部１２が設けられている。センサ部１２は回転センサからなり、パルサリング１３と、このパルサリング１３に対面する磁気センサ１４とで構成される。パルサリング１３は、図２（Ａ）のように円周方向に磁極Ｎ，Ｓを並べた多極磁石１７を用いたものであっても、ギヤ状の凹凸を円周方向に並べて形成した磁性体リングなど、周方向に周期的な磁気変化を有するものであっても良い。多極磁石１７を用いた図２（Ａ）のパルサリング１３では、環状の芯金１８の表面に多極磁石１７を設け、環状芯金１８をハブ輪７の外周に嵌合させることで、複列の軌道面６ａ，６ｂで挟まれる内方部材３の軸方向中間部にパルサリング１３が取付けられる。パルサリング１３を構成する多極磁石１７は、ゴム磁石であっても、プラスチック磁石や焼結磁石などであっても良い。

磁気センサ１４は、内方部材３と一体に回転する前記パルサリング１３の磁気変化を検出するものであり、ここでは前記パルサリング１３と径方向に対面するように外方部材２の内周側に配置される。磁気センサ１４は、外方部材２を径方向に貫通して固定されたセンサ固定部１９の中にモールドされることで、センサ固定部１９と一体化されている。磁気センサ１４には、ホールセンサ、磁気抵抗効果型磁界センサ（ＭＲセンサ）、フラックスゲート磁界センサ、ＭＩセンサなどが使用される。外方部材２における前記センサ固定部１９の貫通部には、少なくとも１つ以上のＯリング等を介在させて、この貫通部から内部へ水や油等が侵入するのを防止している。多極磁石１７からなるパルサリング１３と磁気センサ１４の組み合わせによりセンサ部１２を構成した場合、小型で精度の良い回転センサとすることができる。磁気センサ１４は１つであっても良いが、図４（Ａ）のように、パルサリング１３の周方向成分による周期的な磁気変化に対して位相が略９０°離れた２箇所に２つの磁気センサ要素１４Ａ，１４Ｂを配置したものであっても良い。このように２つの磁気センサ要素１４Ａ，１４Ｂで磁気センサ１４を構成した場合は、位相が略９０°異なる回転数信号が各センサ要素１４Ａ，１４Ｂより出力され、これにより回転数だけでなく回転方向も検出可能となる。

センサ部１２は上記したラジアル型の構成のものに限らず、パルサリング１３と磁気センサ１４が軸方向に対面するアキシアル型のものであっても良い。図４（Ｂ）はアキシアル型としたセンサ部１２の構成例を示す。この場合、多極磁石１７と共にパルサリング１３を構成する環状芯金１８を断面Ｌ字状とし、その芯金１８の立板部１８ａの一側面に多極磁石１７を固定し、芯金１８の筒部１８ｂを内方部材３の外周に嵌合させることで、パルサリング１３が内方部材３に取付けられる。

図１において、外方部材２の外周に、センサ部１２の出力信号をワイヤレスで送信するセンサ信号送信部２１が設けられている。また、ナックル１１の上面１１ａに、前記センサ信号送信部２１へ給電する電力をワイヤレスで受信する電力受信部２２が設けられている。これらセンサ部１２と、センサ信号送信部２１と、電力受信部２２とは配線２３により接続されている。配線２３には、外部からのノイズ対策として、ノイズに強いシールド線等を用いても良い。また、配線２３の断線等を防止するために、ナックル１１に配線２３を埋め込み、モールド等で固定しても良い。センサ信号送信部２１の回路基板は、ナックル１１に設けられている電力受信部２２まで延長して、電力受信部２２と一体化しても良い。さらには、センサ信号送信部２１や電力受信部２２を、ナックル１１や車輪用軸受装置の一部（例えば外方部材２）に埋め込み、モールドなどすることでナックル１１や車輪用軸受装置に一体化させ、組立工数の削減を図っても良い。

センサ信号送信部２１からワイヤレスで送信された信号を受信するためのセンサ信号受信部２４、および電力受信部２２にワイヤレスで電力を送信する電力送信部２５を備えたセンサ信号受信機２６は、車体のタイヤハウス内（図示せず）等に設置されている。センサ信号受信部２４および電力送信部２５は、それぞれ別々に配置しても、一体化しても良い。

図３は、回転センサであるセンサ部１２、電力受信部２２、およびセンサ信号送信部２１と、電力送信部２５およびセンサ信号受信部２４の概略構成を示すブロック図である。図４は、その回路構成例を示す。

センサ信号送信部２１とセンサ信号受信部２４との間のセンサ信号の送受は、周波数ｆ２の電磁波で行われ、電力送信部２５と電力受信部２２との間の電力送受は、センサ信号の周波数ｆ２とは異なる周波数ｆ１の電磁波で行われる。この場合に、上記センサ信号の電磁波の周波数ｆ２は、ＭHz（メガヘルツ）単位の周波数帯、例えば１ＭHz以上で数百ＭHzまでの周波数帯とされる。給電用の電磁波の周波数ｆ１は、ＧHz（ギガヘルツ）単位以上の周波数帯とされ、例えば数ＧHz〜数十ＧHzの周波数帯とされる。センサ信号の電磁波は、例えば周波数変調により信号成分を乗せたものとする。

電力受信部２２は、アンテナ３５、ＬＣ回路３６等からなる同調回路３０と、ダイオード３７、コンデンサ３８等からなる検波整流回路３１とで構成される。センサ信号送信部２１は、アンテナ３２、ＬＣ回路３３、半導体スイッチング素子３４などを有する。センサ信号送信部２１は、ＦＭ変調回路（図示せず）を有するものであっても良い。
センサ信号受信機２６の電力送信部２５は、高周波発信部３９および送信回路部４０からなる。送信回路部４０は、アンテナ４１、ＬＣ回路４２、半導体スイッチング素子４３などからなる。センサ信号受信部２４は、同調回路４４と検波部４５とを有する。同調回路４４は、アンテナ４６、ＬＣ回路４７などからなる。センサ信号受信部２４は、センサ信号送信部２１がＦＭ変調を行うものである場合、ＦＭ復調回路（図示せず）が設けられる。各アンテナ３２，３５，４１，４６は直線偏向波や円偏向波に対応するものであっても良い。

なお、図１において、電力受信部２２が設置されるナックル１１の表面１１ａは平坦面として、この表面１１ａを電力受信部２２のアンテナ３５の反射板としても良い。この場合、電力受信部２２のアンテナ３５を小型化するために、そのアンテナ３５とナックル１１の間に誘電体を挿入しても良い。また、電力受信部２２をナックル１１から離間して設ける場合、ナックル１１と電力受信部２２との間に樹脂等を挿入しても良い。

この構成のワイヤレスセンサ付き車輪用軸受装置によると、電力受信部２２をナックル上面１１ａに配置しているので、ステアリング角を変化させてもワイヤレス給電を行うためにタイヤハウス内等に設置した電力送信部２５と電力受信部２２との距離の変化が無くなり、電力受信部２２の受信電力変動や受信電力低減がなくなる。
電力受信部２２をナックル上面１１ａに配置することで、ステアリング角の変化によっても電力受信部２２の位置が変化せず、タイヤハウス内等に設置した電力送信部２５のアンテナ指向性を高くすることができ、効率の良いワイヤレス給電が可能となる。特に、ナックル上面１１ａを平坦面として電力受信部２２のアンテナ３５の一部としているので、さらにアンテナ指向性を高くでき、より効率の良いワイヤレス給電が可能となる。
また、ナックル上面１１ａに電力受信部２２が配置されているため、車輪用軸受装置の近傍にある等速自在継手外輪１５ａやナックル１１等が電波を遮らず、そのため電力受信部２２の受信電力が安定し、効率良く行われる。

図５はこの発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、図１に示す第１の実施形態のワイヤレスセンサ付き車輪用軸受装置において、センサ信号送信部２１と電力受信部２２とを一体の部品としてユニット化し、このユニット化した一体部品であるワイヤレスセンサユニット２７を、ナックル１１の上面１１ａに配置したものである。その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。

このように、センサ信号送信部２１と電力受信部２２とをワイヤレスセンサユニット２７として一体化してナックル１１の上面１１ａに配置することにより、センサ信号送信部２１と電力受信部２２の体積をさらに小型化でき、組立工数を削減できる。センサ信号送信部２１もナックル上面１１ａに配置していることから、車輪用軸受装置の近傍にある等速自在継手外輪１５ａやナックル１１等がセンサ信号の電波を遮らなくなり、センサ信号の送受信が容易になる。特に、ナックル上面１１ａにセンサ信号送信部２１のアンテナ３２を配置することによりアンテナ指向性を高くでき、センサ信号の送受信がより容易になる。

図６および図７はこの発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図１に示す第１の実施形態のワイヤレスセンサ付き車輪用軸受装置において、回転センサであるセンサ部１２を車輪用軸受装置のインボード側端に配置したものである。センサ部１２は、図２（Ｂ）と共に前述したようなラジアル型とされ、センサ部１２の磁気センサ１４を固定したセンサ固定部１９が外方部材２のインボード側端に固定されている。センサ部１２のパルサリング１３はシール部材１０の一部材と兼用とされ、等速自在継手外輪１５ａの外周に圧入嵌合されている。具体的には、シール部材１０は、図７のように、等速自在継手外輪１５ａにおける軸部大径部１６ａの外周に圧入されるスリンガ４８と、このスリンガ４８に対向して外方部材２の内周に圧入される芯金４９と、前記スリンガ４８に接触するシールリップ５０ａ〜５０ｃを有し前記芯金４９に固着された弾性部材５０とからなる。スリンガ４８は断面Ｌ字状とされ、その立板部４８ａの側面に多極磁石１７を固着して、センサ部１２のパルサリング１３が構成される。すなわち、スリンガ４８はパルサリング１３の芯金に兼用されている。その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。

このように、シール部材１０の一部としてパルサリング１３を構成することにより、シール部材１０を外方部材２と等速自在継手外輪１５ａの間に挿入する作業において、パルサリング１３の組込みも同時に行われることになり、それだけ組立工数を削減することができる。なお、この実施形態の構成で、磁気センサ１４は直接に外方部材２やナックル１１に設置しても良い。また、センサ部１２は車輪用軸受装置のアウトボード側に配置しても良い。

なお、以上の各実施形態では、回転センサからなるセンサ部１２を搭載した車輪用軸受装置の例を説明したが、これに限らず、センサ部１２は、検出対象として温度、加速度、振動、湿度、圧力、荷重、トルク、軸受の予圧を検出するセンサのうちのいずれか一つ、または任意の複数を組み合わせたものでも良い。

また、電力のワイヤレス送信には、電磁波によるもののほか、光波、赤外線、超音波によるものや、磁気結合によるものなどを採用しても良い。

この発明の第１の実施形態にかかるワイヤレスセンサ付き車輪用軸受装置の構成説明図である。 （Ａ）は同車輪用軸受装置に搭載されるセンサ部の一例を示す部分正面図、（Ｂ）はセンサ部の他の例を示す断面図である。 同センサ部とセンサ信号受信機との間でのワイヤレス送受信システムの概略構成を示すブロック図である。 同ワイヤレス送受信システムの回路構成を示す回路図である。 この発明の他の実施形態にかかるワイヤレスセンサ付き車輪用軸受装置の構成説明図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかるワイヤレスセンサ付き車輪用軸受装置の構成説明図である。 同車輪用軸受装置における回転センサの構成を示す拡大断面図である。 従来例の断面図である。

符号の説明

２…外方部材
３…内方部材
４…転動体
５ａ，５ｂ…外方部材の軌道面
６ａ，６ｂ…内方部材の軌道面
１１…ナックル
１１ａ…上面
１２…センサ部
２１…センサ信号送信部
２２…電力受信部
２７…ワイヤレスセンサユニット
３２…センサ信号送信部のアンテナ
３５…電力受信部のアンテナ

Claims (4)

1. 車体にナックルを介して取付けられて内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、
   検出対象を検出するセンサ部と、このセンサ部の出力信号をワイヤレスで送信するセンサ信号送信部と、このセンサ信号送信部へ給電する電力をワイヤレスで受信する電力受信部とを設け、前記センサ信号送信部および電力受信部の両方またはいずれか一方における少なくともアンテナを上記ナックルの上面に配置したことを特徴とするワイヤレスセンサ付き車輪用軸受装置。
2. 請求項１において、前記センサ信号送信部および電力受信部の両方またはいずれか一方における全体をナックル上面に配置したワイヤレスセンサ付き車輪用軸受装置。
3. 請求項１において、前記センサ信号送信部と電力受信部とを一体の部品としてユニット化し、このユニット化した一体部品であるワイヤレスセンサユニットをナックルの上面に配置したワイヤレスセンサ付き車輪用軸受装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記センサ部は、回転、温度、加速度、振動、湿度、圧力、荷重、トルク、軸受の予圧を検出するセンサのうちのいずれか一つ、または任意の複数を組み合わせたものであるワイヤレスセンサ付き車輪用軸受装置。

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