JP2006170626A - Bearing with rotation sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、機械設備における転がり軸受や自動車の車輪用軸受等において、回転数および回転方向の検出を可能とした回転センサ付き軸受に関する。 The present invention relates to a bearing with a rotation sensor capable of detecting the number of rotations and the direction of rotation in a rolling bearing in a machine facility, a wheel bearing for an automobile, and the like.
車輪用軸受に搭載された回転センサの信号を、ワイヤレスで送信して車輪と車体間のハーネスを無くしたワイヤレスABS(アンチロックブレーキシステム)センサが提案されている(例えば特許文献1)。回転センサには多極の回転発電機を利用し、自己発電によりセンサ用電力および送信部用電力を得る。これにより、車体から回転センサへの給電用の配線も不要となる。このようにワイヤレス化することにより、軽量化、および飛び石によるハーネスの断線による故障の回避等の利点が得られる。また、車輪用軸受において、回転センサにワイヤレスで給電することも提案されている(例えば特許文献2)。ワイヤレス給電によると、発電機能を利用するものと異なり、回転停止時や低速回転時にも回転検出およびそのセンサ信号の送信が行える。また電池を搭載するものと異なり、電池交換の手間や管理が不要になる。 A wireless ABS (anti-lock brake system) sensor has been proposed in which a signal from a rotation sensor mounted on a wheel bearing is transmitted wirelessly to eliminate a harness between a wheel and a vehicle body (for example, Patent Document 1). As the rotation sensor, a multipolar rotary generator is used, and the sensor power and the transmitter power are obtained by self-power generation. This eliminates the need for power supply wiring from the vehicle body to the rotation sensor. By making it wireless in this way, advantages such as weight reduction and avoidance of failure due to disconnection of the harness due to stepping stones can be obtained. In addition, in a wheel bearing, it has been proposed to supply power to a rotation sensor wirelessly (for example, Patent Document 2). According to wireless power feeding, unlike the case of using the power generation function, rotation detection and sensor signal transmission can be performed even when rotation is stopped or at low speed. Also, unlike those equipped with batteries, there is no need to replace and manage batteries.
また、車輪用軸受に用いられて車輪回転数を検出する磁気エンコーダとして、円周方向に交互に磁極を形成した多極磁石と、この多極磁石を支持する芯金とを有し、前記多極磁石を、磁性粉と非金属磁性粉との混合粉を焼結させた焼結体としたものが提案されている(例えば特許文献3)。この磁性粉と非金属磁性粉との混合粉を焼結させた焼結体により多極磁石を形成したものは、安定したセンシングが行える磁力が確保でき、また従来のゴム磁石からなる多極磁石に比べて、表面硬度が硬く、塵埃の噛み込み等による損傷を生じ難いという利点がある。また、この混合粉の焼結体からなる多極磁石は、磁性粉のみを焼結させた多極磁石と比べると、強度的に優れ、他の各種の多極磁石と異なり、芯金への取付けが加締等で簡単に行えるという利点がある。
上記各提案例のものは、いずれも回転数は検出されるが、回転方向が認識できず、制御の高度化を図るについて、いま一つ不十分な点がある。例えば、自動車においてヒルホールド機能と呼ばれる制御がある。これは、運転者の意思と反対方向に車両が移動しかけたときに制動機能を作動させる制御機能である。例えば上り坂での信号待ちで前進状態にギヤが入っている状態で、自動アイドリングストップしたときに、車両の後退が生じると、その後退を検出し、制動動作等を行わせる。これにより、自動アイドリングストップの安全が図れる。上記各提案例の回転センサ付き軸受では、回転の検出が行われるが、いずれの方向に回転したかが制御側で識別できず、上記のようなヒルホールド機能用センサとして用いることができない。産業機械における転がり軸受においても、回転方向が認識できると、より高度な制御が可能になるが、従来の回転センサ付き軸受では、このような制御が行えない。 In each of the proposed examples described above, the rotational speed is detected, but the rotational direction cannot be recognized, and there is still one point that is not sufficient for improving the control. For example, there is a control called a hill hold function in an automobile. This is a control function that activates the braking function when the vehicle moves in a direction opposite to the driver's intention. For example, when the vehicle is reverse when the automatic idling is stopped in a state where the gear is engaged in a forward state while waiting for a signal on an uphill, the reverse is detected and a braking operation or the like is performed. Thereby, the safety of the automatic idling stop can be achieved. In the bearings with rotation sensors of the above proposal examples, rotation is detected, but the direction of rotation cannot be identified on the control side, and cannot be used as a sensor for the hill hold function as described above. Even in the case of a rolling bearing in an industrial machine, if the rotational direction can be recognized, more advanced control is possible. However, such a control cannot be performed in a conventional bearing with a rotation sensor.
また、従来のゴム磁石等を回転センサの磁気エンコーダに用いたものは、表面硬度が低いため、粉塵の環境下、例えば車輪用軸受に適用した場合の路面下の砂粒の噛み込み等が生じる環境下で使用した場合に、損傷を受け易く、今一つ信頼性に欠ける。 In addition, conventional rubber magnets, etc., used for the magnetic encoder of the rotation sensor have a low surface hardness, so that an environment in which sand particles get stuck under a dusty environment, for example, when applied to a wheel bearing, etc. When used below, it is easily damaged and lacks reliability.
この発明の目的は、回転数だけでなく、回転方向の検出が行え、かつ磁気エンコーダが塊状の塵埃や砂粒の噛み込み等で損傷し難く、信頼性の高い検出が行える回転センサ付き軸受を提供することである。 An object of the present invention is to provide a bearing with a rotation sensor that can detect not only the number of rotations but also the rotation direction, and that the magnetic encoder is not easily damaged due to blockage of massive dust or sand particles, and can perform highly reliable detection. It is to be.
この発明の回転センサ付き軸受は、外方部材、内方部材、およびこれら外内の部材の間に介在した複数の転動体を有する転がり軸受に、この転がり軸受の回転を検出するセンサ部を設ける。このセンサ部は、内方部材および外方部材のうちの回転側の部材に取付けられた磁気エンコーダと、この磁気エンコーダに対向して固定側の部材に取付けられた磁気センサとでなる。上記センサ部は、位相差が略90°である2つの回転数信号を出力するものとする。上記磁気エンコーダは、円周方向に交互に磁極を形成した多極磁石と、この多極磁石を支持する芯金とでなる。前記多極磁石は、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体とする。 The bearing with a rotation sensor according to the present invention is provided with a sensor portion for detecting the rotation of the rolling bearing in a rolling bearing having an outer member, an inner member, and a plurality of rolling elements interposed between the outer and inner members. . The sensor unit includes a magnetic encoder attached to a rotating member of the inner member and the outer member, and a magnetic sensor attached to a fixed member facing the magnetic encoder. The sensor unit outputs two rotation speed signals having a phase difference of approximately 90 °. The magnetic encoder includes a multipolar magnet in which magnetic poles are alternately formed in the circumferential direction, and a core metal that supports the multipolar magnet. The multipolar magnet is a sintered body obtained by sintering a mixed powder of magnetic powder and nonmagnetic metal powder.
この構成によると、上記センサ部が、位相差が略90°である2つの回転数信号を出力する。そのため、制御側において、回転数に加えて回転方向も認識することができる。また、磁気エンコーダの多極磁石として、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体を用いたため、表面硬度が硬く、塊状の塵埃や砂粒の噛み込み等による損傷を生じ難く、信頼性に優れる。 According to this configuration, the sensor unit outputs two rotation speed signals having a phase difference of approximately 90 °. Therefore, on the control side, in addition to the rotational speed, the rotational direction can be recognized. In addition, as a multi-pole magnet of a magnetic encoder, a sintered body obtained by sintering a mixed powder of magnetic powder and non-magnetic metal powder is used, so the surface hardness is high and damage due to entrapment of massive dust or sand particles is caused. It is hard to occur and has excellent reliability.
前記センサ部は、前記転がり軸受の端部に配置しても良い。センサ部を端部に配置する場合は、転がり軸受への取付けが容易になるが、軸受内に配置した場合と異なり、別のシール手段を設けなければ、回転センサが外部に露出することになる。そのような場合でも、磁気エンコーダの多極磁石が上記混合粉の焼結体であるため、塊状の塵埃や砂粒の噛み込み等による損傷を生じ難く、信頼性を確保できる。 The sensor unit may be disposed at an end of the rolling bearing. When the sensor part is arranged at the end part, it is easy to attach to the rolling bearing, but unlike the case where it is arranged in the bearing, the rotation sensor is exposed to the outside unless another sealing means is provided. . Even in such a case, since the multipolar magnet of the magnetic encoder is a sintered body of the above mixed powder, it is difficult to cause damage due to block dust or sand particles and reliability can be ensured.
この発明において、前記センサ部の出力するセンサ信号をワイヤレスで送信するセンサ信号送信部を設けても良い。センサ信号をワイヤレスで送信する場合、信号配線が不要になり、軸受回りの配線系が簡素化され、あるいは不要とされる。 In this invention, you may provide the sensor signal transmission part which transmits the sensor signal which the said sensor part outputs wirelessly. When the sensor signal is transmitted wirelessly, signal wiring is not required, and the wiring system around the bearing is simplified or unnecessary.
また、上記センサ部およびセンサ信号送信部の動作電力をワイヤレスで受信する電力受信部を設けても良い。その場合は、信号用および給電用の配線が共に不要で、軸受回りの配線を無くすことができる。また、一次電池や発電機を設ける必要がなく、コンパクトに構成でき、発電式と異なり、回転停止時でも動作電力が得られる。 Moreover, you may provide the electric power receiving part which receives the operating electric power of the said sensor part and a sensor signal transmission part wirelessly. In that case, both signal wiring and power supply wiring are unnecessary, and wiring around the bearing can be eliminated. Further, it is not necessary to provide a primary battery or a generator, and it can be configured compactly. Unlike the power generation type, operating power can be obtained even when rotation is stopped.
上記センサ部は、上記位相差が略90°である2つの回転数信号に加えて1回転毎の原点信号を出力するものであっても良い。
原点信号の検出可能なセンサ部を用いることで、絶対位置の検出が可能になり、より高度な制御が容易に行える。
The sensor unit may output an origin signal for each rotation in addition to the two rotation speed signals having the phase difference of approximately 90 °.
By using the sensor unit capable of detecting the origin signal, the absolute position can be detected, and more advanced control can be easily performed.
この発明の回転センサ付き軸受は、車輪用軸受装置であっても良い。すなわち、上記転がり軸受が、複列の転走面を有する外方部材と、上記転走面に対向する転走面を有する内方部材と、対向する転走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であっても良い。
車輪用軸受では、センサ部の回転数信号が、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)に用いられる。この場合に、この発明では車輪回転方向の検出が可能となるため、上記センサ部をヒルホールド機能センサとして兼用することができる。また、センサ信号をワイヤレスで送信するセンサ信号送信部を設けた場合や、さらに動作電力をワイヤレスで受信する電力受信部を設けた場合、車輪用軸受では、その車輪と車体と間のハーネスを無くし、ワイヤレス化することができて、軽量
化や、石跳ね等による断線故障の防止等の面で好ましい。
The bearing with a rotation sensor of the present invention may be a wheel bearing device. That is, the rolling bearing includes an outer member having a double row rolling surface, an inner member having a rolling surface facing the rolling surface, and a double row rolling interposed between the opposing rolling surfaces. A wheel bearing may be provided that includes a moving body and rotatably supports the wheel with respect to the vehicle body.
In the wheel bearing, the rotation speed signal of the sensor unit is used for an antilock brake system (ABS) and a traction control system (TCS). In this case, in the present invention, since the wheel rotation direction can be detected, the sensor unit can be used as a hill hold function sensor. In addition, when a sensor signal transmitter for wirelessly transmitting sensor signals is provided, or when a power receiver for receiving operating power wirelessly is provided, the wheel bearing eliminates the harness between the wheel and the vehicle body. It can be made wireless, which is preferable in terms of weight reduction and prevention of disconnection failure due to rock jumping.
この発明の回転センサ付き軸受は、外方部材、内方部材、およびこれら外内の部材の間に介在した複数の転動体を有する転がり軸受に、この転がり軸受の回転を検出するセンサ部を設け、このセンサ部は、内方部材および外方部材のうちの回転側の部材に取付けられた磁気エンコーダと、この磁気エンコーダに対向して固定側の部材に取付けられた磁気センサとでなり、上記センサ部は、位相差が略90°である2つの回転数信号を出力するものとし、上記磁気エンコーダは、円周方向に交互に磁極を形成した多極磁石と、この多極磁石を支持する芯金とでなり、前記多極磁石が、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体であるため、回転数だけでなく、回転方向の検出が行え、かつ磁気エンコーダが塊状の塵埃や砂粒の噛み込み等で損傷し難く、信頼性の高い検出が行えるという効果が得られる。 The bearing with a rotation sensor according to the present invention is provided with a sensor unit for detecting the rotation of the rolling bearing in a rolling bearing having an outer member, an inner member, and a plurality of rolling elements interposed between the outer and inner members. The sensor unit is composed of a magnetic encoder attached to the rotating member of the inner member and the outer member, and a magnetic sensor attached to the fixed member facing the magnetic encoder, The sensor unit outputs two rotation speed signals having a phase difference of approximately 90 °, and the magnetic encoder supports a multipolar magnet in which magnetic poles are alternately formed in the circumferential direction, and the multipolar magnet. Since the multi-pole magnet is a sintered body obtained by sintering a mixed powder of magnetic powder and non-magnetic metal powder, it can detect not only the rotation speed but also the rotation direction and magnetically. Encoder bites massive dust and sand particles Hardly damaged by such an effect is obtained that enables reliable detection.
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。この回転センサ付き軸受は、転がり軸受10に、この転がり軸受10の回転を検出するセンサ部6と、このセンサ部6の出力するセンサ信号をワイヤレスで送信するセンサ信号送信部9と、上記センサ部6およびセンサ信号送信部9の動作電力をワイヤレスで受信する電力受信部8とが設けられている。センサ部6は、位相差が略90°である2つの回転数信号(A相信号およびB相信号)を出力するものである。センサ部6の出力は、信号処理手段14を介して、または直接にセンサ信号送信部9に送られる。なお、信号処理手段14およびセンサ信号送信部9は、センサ部6の出力する2つの回転数信号の他に、例えば温度センサ等の別のセンサ部(図示せず)の検出信号を上記回転数信号と共にセンサ信号送信部9から行うようにしたものであっても良い。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The bearing with the rotation sensor includes a
転がり軸受10は、内方部材54と外方部材55の対向する転走面間に複数の転動体56を介在させたものである。この例では深溝玉軸受とされている。内方部材54および外方部材55は、それぞれ内輪および外輪となる部材であり、この明細書では、後に示す車輪用軸受との用語の統一上、「内方部材」および「外方部材」と呼んでいる。各転動体56は保持器57により保持されている。内外の部材54,55間の軸受空間の端部は、シール58により密封されている。転がり軸受10は、内方部材54と外方部材55のいずれが回転側であっても良いが、この例では、外方部材55がハウジング(図示せず)に設置されて静止側となり、内方部材54が軸59に嵌合して軸59を回転自在に支持している。転がり軸受10は、図1の例では単列のものとして示しているが、複列のものであっても良い。転がり軸受10は、いずれの用途の軸受であっても良い。例えば、工場の機械設備となる搬送装置や、コンベヤの駆動ローラの支持用軸受、工作機械、産業機械を構成する軸受であっても良く、また車両の車輪用軸受であって良い。自動車の車輪用軸受に適用した例については、後に詳しく説明する。
In the rolling
センサ部6、センサ信号送信部9、および電力受信部8は、一体化されたワイヤレスセンサユニット4として構成されている。ただし、センサ部6のうち、後述の磁気エンコーダ17については、ワイヤレスセンサユニット4と別体とされる。信号処理手段14が設けられる場合は、信号処理手段14もワイヤレスセンサユニット4に含められる。ワイヤレスセンサユニット4に対して、ワイヤレスで電力を供給しかつ各センサ信号を受信するセンサ信号受信機5が設けられる。
The
センサ部6は、磁気エンコーダ17と、それに対向して設置される磁気センサ18とで構成される。
磁気エンコーダ17は、図2に示すように、円周方向に磁極N,Sが並ぶ多極に磁化さ
れたリング状の多極磁石17aと、この多極磁石17aを支持するリング状の芯金17bとでなる。多極磁石からなる磁気エンコーダ17と磁気センサ18の組合わせによると、小型で精度の良い回転センサが構成できる。
磁気センサ18は、磁気エンコーダ17の周方向の磁気的変化の周期に対して位相が略90°離れた2ヵ所に対向する2つの検出部18A,18Bを有し、位相が略90°異なる回転数信号を各検出部18A,18Bより出力する。各回転数信号は図3に示すようなパルス列であり、位相差が略90°であるA相およびB相の2つの回転数信号となる。
The
As shown in FIG. 2, the
The
磁気センサ18は磁界センサであり、各検出部18A,18Bのそれぞれが磁界センサとされる。この磁界センサは、磁気抵抗型センサ(「MRセンサ」と呼ばれる)の他に、ホール素子型センサ、フラックスゲート型磁界センサ、MIセンサ等のアクティブ磁界センサを使用することができる。各検出部18A,18Bは、上記のうち、磁気抵抗型のものが好ましい。磁気抵抗型磁気センサは、抵抗値を大きくすることで、消費電力を小さくすることができるので、ワイヤレス給電に適用するには有利である。
The
図1に示すように、磁気エンコーダ17は、前記芯金17bが段付き円筒状に形成されていて、その大径側円筒状部分で、転がり軸受10の内方部材54に圧入状態に嵌合し、固定されている。
磁気センサ18は、電力受信部8およびセンサ信号受信部9と共に、共通のケース4aに収められてワイヤレスセンサユニット4を構成し、リング状の取付部材4bを介して外方部材55に取付けられる。
As shown in FIG. 1, in the
The
磁気エンコーダ17の多極磁石17aは、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体とされている。
The
多極磁石14に混入する磁性粉としては、バリウム系およびストロンチウム系などの等方性または異方性フェライト粉であっても良い。これらのフェライト粉は顆粒状粉体であっても、湿式異方性フェライトコアからなる粉砕粉であっても良い。この湿式異方性フェライトコアからなる粉砕粉を磁性粉とした場合、非磁性金属粉との混合粉を磁場中で成形された異方性のグリーン体とする必要がある。
The magnetic powder mixed in the
また、磁性粉は希土類系磁性材料であっても良い。例えば希土類系磁性材料であるサマリウム鉄(SmFeN)系磁性粉やネオジウム鉄(NdFeB)系磁性粉のそれぞれ単独磁性粉であっても良い。また、磁性粉はマンガンアルミ(MnAl)ガスアトマイズ粉であっても良い。 The magnetic powder may be a rare earth magnetic material. For example, samarium iron (SmFeN) magnetic powder and neodymium iron (NdFeB) magnetic powder, which are rare earth magnetic materials, may be used alone. The magnetic powder may be manganese aluminum (MnAl) gas atomized powder.
また、上記磁性粉は、サマリウム鉄(SmFeN)系磁性粉、ネオジウム鉄(NdFeB)系磁性粉、およびマンガンアルミ(MnAl)ガスアトマイズ粉のいずれか2種以上を混合させたものであっても良い。例えば、上記磁性粉はサマリウム鉄(SmFeN)系磁性粉とネオジウム鉄(NdFeB)系磁性粉とを混合させたもの、マンガンアルミガスアトマイズ粉とサマリウム鉄系磁性粉とを混合させたもの、およびサマリウム鉄系磁性粉とネオジウム鉄系磁性粉とマンガンアルミガスアトマイズ粉とを混合させたもの、のいずれかであっても良い。
また、例えば、フェライト分だけでは磁力が足りない場合に、フェライト粉に希土類系磁性材料であるサマリウム鉄(SmFeN)系磁性粉やネオジウム鉄(NdFeB)系磁性粉を必要量だけ混合し、磁力向上を図りつつ安価に製作することもできる。
The magnetic powder may be a mixture of two or more of samarium iron (SmFeN) magnetic powder, neodymium iron (NdFeB) magnetic powder, and manganese aluminum (MnAl) gas atomized powder. For example, the magnetic powder is a mixture of samarium iron (SmFeN) magnetic powder and neodymium iron (NdFeB) magnetic powder, a mixture of manganese aluminum gas atomized powder and samarium iron magnetic powder, and samarium iron. Any of a mixture of a system magnetic powder, a neodymium iron system magnetic powder, and a manganese aluminum gas atomized powder may be used.
Also, for example, when the magnetic force is insufficient with only the ferrite component, the required amount of samarium iron (SmFeN) magnetic powder or neodymium iron (NdFeB) magnetic powder, which is a rare earth magnetic material, is mixed with the ferrite powder to improve the magnetic force It can also be manufactured at a low cost.
また、多極磁石14を形成する非磁性金属粉には、スズ、銅、アルミ、ニッケル、亜鉛、タングステン、マンガンなどの粉体、または非磁性のステンレス系金属粉のいずれか単独(1種)の粉体、もしくは2種以上からなる混合した粉体、もしくは2種以上からなる
合金粉末を使用することができる。
In addition, the nonmagnetic metal powder forming the
図1において、センサ信号受信機5は、上記センサ信号送信部9から送信されたセンサ信号を受信するセンサ信号受信部13と、電力受信部8へ動作電力をワイヤレスで送信する給電電力送信部12とを備える。センサ信号受信機5は、複数のワイヤレスセンサユニット4に対してセンサ信号の受信と動作電力の送信を行うものであっても良い。その場合、例えば各ワイヤレスセンサユニット4毎に、送信するセンサ信号を別の周波数のものとする。
In FIG. 1, the
センサ信号送信部9とセンサ信号受信部13の間、および給電電力送信部12と電力受信部8の間の送受は、電磁波による行うものであっても、また光波、赤外線、超音波によるもの、あるいは磁気結合により行うものであっても良い。
電磁波により通信を行うものである場合、ワイヤレス送信するセンサ信号と給電電力の周波数は互いに異なる周波数とされ、複数設けられる各センサ信号も、互いに異なる周波数とされる。ここでは、給電電力の周波数をf1 とし、センサ信号の周波数をf2 としている。1台のセンサ信号受信機5により複数のワイヤレスセンサユニット4に対してセンサ信号の受信と動作電力の送信を行うものである場合は、センサ信号の周波数を各ワイヤレスセンサユニット4毎に別の周波数とする。給電電力の周波数は、各ワイヤレスセンサユニット4に対して同じであっても、別であっても良い。
Transmission / reception between the sensor
When communication is performed using electromagnetic waves, the frequency of the sensor signal to be wirelessly transmitted and the frequency of the feeding power are different from each other, and the plurality of sensor signals provided are also different from each other. Here, the frequency of the feed power is f1, and the frequency of the sensor signal is f2. When one
電力受信部8は、ワイヤレス給電を電磁波で行うものである場合、同調回路および検波整流回路等により構成される。電力受信部8は、受信電力を蓄えるキャパシタまたは2次電池、およびそれらの充電回路を有するものであっても良い。
The
センサ部6のA相およびB相の回転数信号は、信号処理手段14により、センサ信号送信部9によるワイヤレス送信に適合した形態に処理され、センサ信号送信部9から送信される。
センサ信号送信部9は、例えばA相およびB相の2つの回転数信号を1つの搬送波に乗せて送信するものとされる。1つの搬送波に2つの回転数信号を乗せる形式は、例えば時分割による送信であっても、適宜の信号処理を行った重畳等であっても良い。信号処理手段14は、このような時分割送信を行わせる処理、または重畳を行わせる処理等を行う回路とされる。1つの搬送波に乗せて2つの回転数信号を送信することで、ワイヤレス送信のための消費電力が節減される。ワイヤレス給電では、配線よる給電や発電機による給電に比べて効率が良くないため、給電に大きな電力を送信する必要があり、センサ送信部の消費電力の節減は、省エネルギの面で大きな利点となる。
The A-phase and B-phase rotation speed signals of the
The sensor
図4は、信号処理手段14によって、A相およびB相の2つの回転数信号を1つの搬送波に乗せて送信する処理の具体例を示す。この場合、周波数fA (Hz)の信号をA相信号(a)で、周波数fB の信号をB相信号でそれぞれASK(Amplitude shift keying) 変調する。同図(b),(d)は、それぞれA相,B相信号のASK変調結果を示す。このASK変調された2つの信号(b),(d)を足し合わせた信号(e)で、搬送波をFM変調して送信する。受信側で、上記の足し合わせ信号(e)から、2つのASK変調信号(b),(d)にフィルタで分離してから、センサ信号を復調する。このフィルタおよび復調手段からなる信号処理手段は、センサ信号受信部13に設けられていても、またセンサ信号受信部13とは別に設けられていても良い。
FIG. 4 shows a specific example of processing in which the signal processing means 14 transmits two rotation number signals of A phase and B phase on one carrier wave. In this case, the signal of frequency fA (Hz) is ASK (Amplitude shift keying) modulated with the A phase signal (a), and the signal of frequency fB is modulated with the B phase signal. FIGS. 7B and 7D show the ASK modulation results of the A-phase and B-phase signals, respectively. The carrier wave is FM-modulated and transmitted with the signal (e) obtained by adding the two ASK-modulated signals (b) and (d). On the receiving side, the sensor signal is demodulated after separating the above summed signal (e) into two ASK modulated signals (b) and (d) by a filter. The signal processing means including the filter and the demodulating means may be provided in the sensor
センサ信号送信部9は、上記位相差が略90°である2つの回転数信号(A相信号およびB相信号)を、例えば図5に示すように2つの互いに異なる周波数f2 ,f3 の搬送波にそれぞれ乗せて搬送するものとしても良い。その場合、同図のようにセンサ信号送信部9を2つ設け、各センサ信号送信部9,9に、A相の検出部18Aの回転数信号、および
B相の検出部18Aの回転数信号を送信させるようにしても良い。センサ信号受信機5側には、例えば各送信周波数f2 ,f3 に応じた2つのセンサ信号受信部13,13を設ける。
このように2つの回転数信号を互いに異なる周波数f2 ,f3 の搬送波に乗せて送信するようにした場合、一つの搬送波に2つの信号を乗せるための処理が不要で、センサ信号送信部9、あるいはその前段の信号処理手段を含めた構成が簡素なものとできる。
The sensor
In this way, when the two rotation speed signals are transmitted by being carried on carriers having different frequencies f2 and f3, processing for placing two signals on one carrier is unnecessary, and the
この構成の回転センサ付き軸受によると、内方部材54と外方部材55との間の相対回転がセンサ部6により回転数信号として検出され、センサ信号送信部9よりワイヤレス送信されて、センサ信号受信機5のセンサ信号受信部13により受信される。センサ部6は位相差が略90°であるA相信号とB相信号との2つの回転数信号を出力し、これら2つの回転数信号がセンサ信号受信部13で受信されるため、回転数の他に、回転方向も検出される。そのため、転がり軸受10を装備した機器の制御の高機能化が図れる。
また、磁気エンコーダ17の多極磁石17aとして、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体を用いたため、表面硬度が硬く、塊状の塵埃や砂粒の噛み込み等による損傷を生じ難く、信頼性に優れる。
According to the bearing with the rotation sensor having this configuration, the relative rotation between the
Further, since a sintered body obtained by sintering a mixed powder of magnetic powder and nonmagnetic metal powder is used as the
この回転センサ付き軸受に対して、センサ信号受信機5の給電電力送信部12より駆動電力がワイヤレスで送信され、電力受信部8により受信してセンサ部6およびセンサ信号送信部9,信号処理手段14(図1のみ)等の駆動に用いられる。そのため、ワイヤレスセンサ型の回転センサ付き軸受において、電池や発電機を備えることが不要で、電池を用いる場合のような電池寿命管理の煩わしさがなく、また発電機で駆動する場合のような低速回転時の検出不能の問題がなく、O速から回転検出が行える。このように、センサ信号の送信およびセンサ部6等への給電が共にワイヤレスで行え、しかも回転数だけでなく、回転方向の検出が行える。
Drive power is transmitted wirelessly from the feed
図6,図7は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、センサ部6の出力する回転数信号を逓倍してセンサ信号送信部に送信させる逓倍手段19を設けている。逓倍手段19は、センサ部のパルスからなる回転数信号について、そのパルスの立ち上がりと立ち下がりを検出して2逓倍するものであっても良く、また位相の異なる2つの回転数信号を用いて4逓倍するものであっても良い。
図7(a),(c)は、それぞれセンサ部6の検出部18A,18Bから出力されるA相の回転数信号およびB相の回転数信号を示し、同図(b)はA相の回転数信号を逓倍手段19で上記のように2逓倍した出力パルスを示す。同図(d)は、B相の回転数信号を逓倍手段19で上記のように2逓倍した出力パルスを示す。なお、回転数信号を逓倍するのは、A相かB相のいずれか片方だけでも良い。いずれか片方が逓倍されていれば、回転数の検出を精度良く行え、回転方向についてはA相とB相の回転数信号の直接の比較で行える。
図8は、上記の4逓倍の場合の波形図を示す。同図(a),(b)にそれぞれ示す位相の異なるA相の回転数信号およびB相の回転数信号から、同図(c)に示す4逓倍信号を得る。
6 and 7 show another embodiment of the present invention. In this embodiment, there is provided a multiplication means 19 that multiplies the rotation speed signal output from the
7A and 7C show the A-phase rotation speed signal and the B-phase rotation speed signal respectively output from the
FIG. 8 shows a waveform diagram in the case of quadruple multiplication. From the A-phase rotation speed signal and the B-phase rotation speed signal having different phases shown in FIGS. 9A and 9B, a quadruple signal shown in FIG.
図6における逓倍手段19により逓倍した回転数信号は、送信処理手段14aにより、センサ信号送信部9による送信に適合した形式に処理される。上記逓倍手段19および信号処理手段14aにより、信号処理手段14が構成される。
なお、A相およびB相の検出部18A,18Bの回転数信号は、それぞれ逓倍手段19によって逓倍し、図5の例と同様にそれぞれ別のセンサ信号送信部9から送信するようにしても良い。
The rotation speed signal multiplied by the multiplication means 19 in FIG. 6 is processed by the transmission processing means 14a into a format suitable for transmission by the sensor
Note that the rotation speed signals of the A-phase and B-
このように、逓倍手段19を設けて逓倍することで、センサ部6の被検出部となる磁気
エンコーダ17における磁極等のピッチを小さくすることなく、回転パルス数を増やすことができる。そのため、簡単な構成で低コストで回転検出精度を高くすることができる。
Thus, by providing the multiplication means 19 and multiplying, the number of rotation pulses can be increased without reducing the pitch of the magnetic poles or the like in the
図9に示すように、センサ信号受信機5に逓倍手段19Aを設け、ワイヤレスセンサユニット4の逓倍手段19(図6)を無くしても良い。図9の逓倍手段19Aは、センサ信号受信機5のセンサ信号受信部13で受信した回転数信号を逓倍する手段である。この逓倍手段19Aも、図7,図8の例と同様に、2逓倍するものであっても、4逓倍するものであっても良い。このセンサ信号受信機5と、図1のワイヤレスセンサユニット4を有する転がり軸受10とで回転センサ付き軸受システムが構成される。
このように、受信側に逓倍手段19Aを設けた場合は、ワイヤレス給電で動作する部分の簡略化ができ、給電上で有利となる。
As shown in FIG. 9, the multiplication means 19 </ b> A may be provided in the
Thus, when the multiplying means 19A is provided on the receiving side, the portion that operates by wireless power feeding can be simplified, which is advantageous in power feeding.
図10は、センサ部6を原点信号付きとした例を示す。このセンサ部6は、磁気エンコーダ17が、磁極N,Sの円周方向の並び部分からなる多極磁石17aと、この多極磁石17aの軸方向に隣合って設けられた原点被検出部17cと、多極磁石17aおよび原点被検出部17cとに共通して設けられた円筒状の芯金17bとで構成される。原点被検出部17bは、磁気エンコーダ17の全周の1ヵ所に設けられた1極または2〜3極の磁極により構成される。原点被検出部17bは、多極磁石17aと同じ材質の焼結体等とされる。磁気センサ18は、多極磁石17aに対向して設置されるA相およびB相の検出部18A,18Bと、原点被検出部17bに対向する検出部18Cとで構成される。このセンサ部6は、例えば図1の例や、図5または図6の例におけるワイヤレスセンサユニット4を構成する。
FIG. 10 shows an example in which the
検出部18Cで検出される原点信号は、例えば図1の信号処理手段14により処理されて、A相,B相の回転数信号と重畳して、あるいはA相,B相の回転数信号とは別に、センサ信号送信部9より送信される。この送信された原点信号は、センサ信号受信機5におけるセンサ信号受信部13により受信される。
The origin signal detected by the detection unit 18C is processed by, for example, the
このように原点信号の出力可能なセンサ部18を用いた場合は、絶対位置の検出が可能になり、より高度な制御が容易に行える。
As described above, when the
つぎに、この回転センサ付き軸受を車輪用軸受に適用した各例を図11〜図13と共に説明する。図11において、車輪用軸受33は、複列の転走面を有する外方部材1と、上記転走面に対向する転走面を有する内方部材2と、対向する両列の転走面間に介在した複数の転動体3とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持するものである。同図の車輪用軸受33は第4世代型のものであり、内方部材2は、ハブ輪2Aと等速ジョイト15の外方部材15aとで構成され、これらハブ輪2Aおよび等速ジョイント外輪15aに、内方部材2側の各列の転走面が形成されている。
Next, examples in which this rotation sensor bearing is applied to a wheel bearing will be described with reference to FIGS. In FIG. 11, the wheel bearing 33 includes an outer member 1 having a double row rolling surface, an
この車輪用軸受33の外方部材1に、ワイヤレスセンサユニット4が設置されている。このワイヤレスセンサユニット4は、回路ボックス部24とセンサ設置部23とが一体化されてユニットとなったものであり、回路ボックス部24は外方部材1の外面に設置されている。センサ設置部23は、外方部材1に設けられた径方向の孔を通って軸受内空間に臨んでいる。回路ボックス部24内に、図1の電力受信部8やセンサ信号受信部9、および信号処理手段14が設けられている。センサ設置部23にセンサ部6を構成する磁気センサ18の各検出部18A,18Bが設置されている。磁気エンコーダ17は、センサ設置部23に対向した位置で、回転側の内方部材2に設置されている。つまり、ハブ輪2Aの外周面に設けられている。磁気エンコーダ17は、図1に示す実施形態と同様に、多極磁石とこの多極磁石を支持する芯金とでなり、前記多極磁石が、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体とされている。
A
センサ受信機5は、車体側に取付けられる。例えば車体のタイヤハウス(図示せず)内等に取付けられる。センサ受信機5で受信したセンサ信号は、車体に設けられた車両全体を制御する電気制御ユニット(ECU)に送られ、各種制御に使用される。
The
この構成のワイヤレスセンサ付車輪用軸受によると、センサ部6の回転数信号が、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)に用いられる。現在、自動車のインテリジェント化は急速に進んでおり、運転手を補助する機能が数多く提案、または実現されつつある。自動車のインテリジェント化の一つとして、この構成のワイヤレスセンサ付車輪用軸受によると、A相,B相の出力が行われ、車輪回転方向の検出が可能となるため、センサ6をヒルホールド機能センサとして使用することができる。例えば、上り坂での信号待ちで、変速機が前進状態にシフトされている状態で、自動アイドリングストップしたときに、車両の後退が生じると、その後退を検出し、制動動作等を行わせる。また、後退方向にシフトされているときに車両の前進が生じるとその前進を検出し、制動動作等を行わせる。これにより、自動アイドリングストップの安全が図れる。ヒルホールド制御をもう少し述べると、オートマチック車が坂道を発進する際に、ブレーキから足を離した時に、坂道の勾配が大きいと、トルクコンバータのクリープだけでは持たずに車両が後退するときがある。特に、アイドリングストップした状態では、それが起きる可能性が大きくなる。この後退を検出してそれに制動を掛ける機能である。坂道発進時に車両が後退すると、アクセルを踏み過ぎたりして急発進の原因となることがある。そのために、この機能を付けて後退に制動をかけたりする。上記のように回転数信号とししてA相,B相の出力が得られて回転方向の検出が可能であると、このような制御に用いることができる。
According to the wheel sensor-equipped wheel bearing with this configuration, the rotational speed signal of the
また、この回転センサ付き車輪用軸受は、センサ信号の送受および給電をワイヤレスで行うため、車輪と車体間のハーネスを無くすことができて、軽量化が図れ、また石跳ね等による断線故障が回避される。ワイヤレス給電するため、発電機能を有する回転センサの発電電力を利用するものと異なり、O速まで回転を検出することができて、より高度な制御が行え、また電池を用いる場合のように電池寿命管理や電池交換の手間が省ける。 In addition, this wheel bearing with a rotation sensor wirelessly sends and receives sensor signals and feeds power, eliminating the harness between the wheel and the vehicle body, reducing weight, and avoiding disconnection failures due to stone jumps, etc. Is done. Unlike the case of using the power generated by a rotation sensor with a power generation function for wireless power feeding, rotation can be detected up to O speed, more advanced control can be performed, and the battery life is as in the case of using a battery. Saves management and battery replacement.
図12は、この回転センサ付き軸受を他の形式の車輪用軸受に適用した例を示す。この車輪用軸受33は、第3世代型のものであり、内方部材2が、ハブ輪2Aと、その一端の外周に嵌合した内輪2Bとで構成され、ハブ輪2Aおよび内輪2Bに、内方部材2側の各列の転走面が形成されている。等速ジョイント15は、その外輪15aに設けられた軸部がハブ輪2A内に挿通され、ハブ輪2Aにナットで結合されている。
ワイヤレスセンサユニット4は、外方部材1の端部に取付けられている。ワイヤレスセンサユニット4のセンサ部6は、磁気エンコーダ17と磁気センサ18とで構成される。磁気エンコーダ17および磁気センサ18は、軸方向に対面するように設けられているが、図1,図2に示したものと同様に、磁気エンコーダ17は多極磁石とこの多極磁石を支持する芯金からなり、前記多極磁石が、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体とされている。磁気センサ18は略90°互いに離れた2つの検出部18A,18B(図12には図示せず)により構成されている。磁気エンコーダ17は、外方部材1と内方部材2との間の軸受空間を密封するシール装置27の構成部品として設けられている。磁気エンコーダ17は、図1に示す実施形態と同様に、多極磁石とこの多極磁石を支持する芯金とでなり、この車輪用軸受33におけるその他の構成は図11に示す例と同様である。
FIG. 12 shows an example in which this rotation sensor bearing is applied to another type of wheel bearing. This wheel bearing 33 is of a third generation type, and the
The
この実施形態の場合、センサ部6が軸受の端部に配置されているため、塊状の塵埃や砂粒等を磁気エンコーダ17の多極磁石と磁気センサ18との間に噛み込む恐れがあるが、磁気エンコーダ17の多極磁石は、上記のように多極磁石が磁性粉と非磁性金属粉との混
合粉を焼結させた焼結体であるため、従来のゴム磁石等からなる多極磁石と比べて表面硬度が硬く、塊状の塵埃や砂粒等を噛み込んでも損傷し難く、信頼性の高いものとなる。
In the case of this embodiment, since the
図13は、さらに他の形式の車輪用軸受33に適用した例を示す。この車輪用軸受33は、第3世代型の従動輪用のものである。この例では、軸受端部を覆うカバー25にワイヤレスセンサユニット4が取付けられている。ワイヤレスセンサユニット4は、図12の実施形態と同様に、磁気エンコーダ17と磁気センサ18とを軸方向に対向させたセンサ部6を有しており、その磁気エンコーダ17は内方部材2に取付けられている。またハブ輪2Aの軸端部を加締て内輪2Bを結合している。この実施形態におけるその他の構成は、図11に示す例と同様である。
FIG. 13 shows an example applied to another type of
1…外方部材
2…内方部材
4…ワイヤレスセンサユニット
5…センサ信号受信機
8…電力受信部
9…センサ信号受信部
10…転がり軸受
12…給電電力送信部
13…センサ信号受信部
14…信号処理手段
17…磁気エンコーダ
17a…多極磁石
17b…芯金
18…磁気センサ
18A〜18C…検出部
19,19A…逓倍手段
54…内方部材
55…外方部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
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