JP2006177834A

JP2006177834A - センサ付き転がり軸受ユニット

Info

Publication number: JP2006177834A
Application number: JP2004372605A
Authority: JP
Inventors: Minoru Chitoku; 稔千徳
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-06
Also published as: CN1793676A

Abstract

【課題】センサとしてレゾルバを使用した場合に比べて、荷重検知精度を向上させ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。
【解決手段】センサ47は、４以上の磁極歯48bを有しかつ固定側軌道部材43と同心のステータ48と、各磁極歯48bに巻回された励磁コイル49および検知コイル50とを有している。磁極歯48bと回転側軌道部材44との距離に応じて検知コイル50に生成される信号が各磁極歯48bごとに取り出されて、これらの信号から転がり軸受41に作用する荷重が処理手段において求められている。
【選択図】図２

Description

この発明は、転がり軸受とそ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。

自動車においては、その制御を行うために種々の情報が必要であることから、車体側に固定される固定側軌道部材、車輪が取り付けられる回転側軌道部材、および両部材の間に配置された二列の転動体を有するハブユニット（転がり軸受）に、センサ装置を設けることが提案されている。従来のセンサ装置は、ＡＢＳに必要な車軸の回転速度などを求めるものが主であったが、車両制御をより一層精度良く行うため、タイヤ接地荷重の検出が新たな課題となっている。

特許文献１には、このようなセンサ付きハブユニットのセンサとして、レゾルバを利用することが提案されている。
特開２００４−２０５３８８号公報

上記特許文献１のセンサ付きハブユニットにおけるレゾルバは、複数の磁極歯を有しかつ固定側軌道部材と同心のステータと、各磁極歯に巻回された励磁コイルおよび検知コイルとを有し、各磁極歯に巻回されたコイル同士が渡り線によって接続されているものとされ、各磁極歯に巻回された検知コイルの信号を平均することで、回転角度を検知するように構成されている。そのため、このレゾルバを使用してハブユニットに作用する荷重変化を求める場合に、平均化によって出力値が鈍化されるという問題があった。

この発明の目的は、センサとして公知のレゾルバを使用した場合に比べて、荷重検知精度を向上させ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。

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転動体を有する転がり軸受と、固定側軌道部材に設けられたセンサおよびセンサの出力から転がり軸受に作用する荷重を求める処理手段を有する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、センサは、４以上の磁極歯を有しかつ固定側軌道部材と同心のステータと、各磁極歯に巻回された励磁コイルおよび検知コイルとを有し、磁極歯と回転側軌道部材との距離に応じて検知コイルに生成される信号が各磁極歯ごとに取り出されて、これらの信号から転がり軸受に作用する荷重が処理手段において求められていることを特徴とするものである。

センサは、４以上の磁極歯を有しかつ固定側軌道部材と同心のステータと、各磁極歯に巻回された励磁コイルおよび検知コイルとを有し、励磁による電磁誘導を利用している点において、公知のレゾルバと同じであり、検知コイルに生成される信号が各磁極歯ごとに取り出される（全周多極電磁結合による複数出力とされている）ことにより、各検知コイルがそれぞれ変位センサとして機能する点において、検知コイルに生成される信号を平均化してその平均信号１つだけを取り出すレゾルバと相違している。レゾルバの場合には、信号が平均化されて鈍化するため、荷重情報を得るための出力としては十分とは言えないのに対し、このセンサによると、各検知コイルより信号を取り出すことで、各部における変位情報が得られ、この信号を荷重情報に変換することで、レゾルバ構造を利用しかつレゾルバ性能とは異なる各部での変位情報により、転がり軸受に作用する荷重（例えばタイヤ接地荷重の３方向分力）を求めることができる。

磁極歯は、例えば８または１０とされて、周方向に等間隔で設けられるが、４以上であれば、その数は特に限定されるものではなく、また、等間隔に設けられていなくてもよい。

処理手段は、転がり軸受に作用する上下方向成分、前後方向成分および左右方向成分の荷重と各検知コイルの出力との関係を示す接地荷重演算式を蓄積し、各検知コイルの出力から接地荷重演算式を使って転がり軸受に作用する荷重の上下方向成分、前後方向成分および左右方向成分を求める３方向分力演算部を有していることが好ましい。接地荷重演算式は、台上試験を行うことなどにより予め求められる。

センサは、ハブユニットのほぼ中央部に設けられることがあり、また、ハブユニットの軸方向内側端部に設けられることがある。前者の場合、ステータは、例えば、回転側軌道部材の外径を臨むように、固定側軌道部材の内径に圧入されて固定され、後者の場合、ステータは、例えば、固定側軌道部材の端部に圧入された支持部材に支持されて、回転側軌道部材に取り付けられたロータに臨まされる。

この発明のセンサ転がり軸受ユニットによると、すべての検知コイルの出力を個々に利用することで、周方向各部における変位の検知が可能となり、３方向分力だけでなく、ねじれやモーメントの検知も可能である。処理手段は、転がり軸受に作用する上下軸回りおよび／または前後軸回りのモーメントと各検知コイルの出力との関係を示すモーメント演算式を蓄積し、各検知コイルの出力からモーメント演算式を使って転がり軸受に作用するモーメントを求めるモーメント演算部を有していることがある。処理手段は、また、すべての検知コイルの出力を平均し、この平均信号１つだけを取り出して回転情報を求める回転情報演算部をさらに有していることがある。

この発明のセンサ転がり軸受ユニットによると、コイルが巻かれたステータを固定側軌道部材に組み付けるだけで、ステータの４以上の磁極歯がすべて変位センサとして機能するので、これらの信号から転がり軸受に作用する荷重を精度良く求めることができる。また、複数個の変位センサを取り付ける場合に比べて、１つのセンサとして扱うことが可能であり、組み付け性を簡易にできるとともに、低コスト化も可能となる。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１および図２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、左右は図１の左右をいうものとする。なお、左が車両の内側に、右が車両の外側となっている。

このセンサ付き転がり軸受ユニットは、センサ付きハブユニットとして使用されるもので、ハブユニット(41)と、タイヤの接地荷重を検出するセンサ装置(42)とを備えている。

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。

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。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)からなるシャフト部(54)と、シャフト部(54)の小径部(56)外径に嵌め止められたリング部(57)とからなる。シャフト部(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、リング部(57)をシャフト部(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。シャフト部(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。リング部(57)には、シャフト部(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)の右端部とシャフト部(55)との間には、シール装置(61)が設けられている。

センサ装置(42)は、固定側軌道部材(43)に設けられたセンサ(47)およびセンサ(47)の出力からハブユニット(41)に作用する荷重を求める処理手段（図示略）を有している。

センサ(47)は、固定側軌道部材(43)と同心の円環部(48a)およびこの内周面に周方向に等間隔で設けられた４以上（図示は１０）の磁極歯(48b)からなるステータ(48)と、各磁極歯(48b)に巻回された励磁コイル(49)および検知コイル(50)と、各励磁コイル(49)に電流を流す電源（図示略）と、各検知コイル(50)の信号を外部に取り出す信号線(51)とを有している。励磁コイル(49)および検知コイル(50)は、隣り合うもの同士が渡り線によって接続されているのではなく、各磁極歯(48b)ごとにそれぞれ出力線および入力線が設けられている。ステータ(48)は、磁極歯(48b)の先端を回転側軌道部材(44)の外周に若干の間隙をおいて対向させた状態で、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。各励磁コイル(49)に電流が流されると、磁極歯(48b)と回転側軌道部材(44)との距離に応じて検知コイル(50)に電磁誘導電流が生成され、この電流の電圧が各磁極歯(48b)ごとに検知コイル(50)から取り出される。

処理手段は、ハブユニット(41)に作用するタイヤ接地荷重の上下方向成分、前後方向成分および左右方向成分と各検知コイル(50)の出力との関係を示す接地荷重演算式を蓄積し、各検知コイル(50)の出力からこの接地荷重演算式を使ってハブユニット(41)に作用するタイヤ接地荷重の上下方向成分、前後方向成分および左右方向成分を求める３方向分力演算部を有している。

図３は、この発明のセンサ付き転がり軸受ユニットの第２実施形態を示している。なお、以下の説明において、第１実施形態と同じ構成には同じ符号を付してその説明を省略する。

このセンサ付き転がり軸受ユニットも、センサ付きハブユニットとして使用されるもので、ハブユニット(41)と、タイヤの接地荷重を検出するセンサ装置(62)とを備えている。

ハブユニット(41)のリング部(57)は、回転側軌道部材(44)の小径部(56)の端部が径方向外方にかしめられることによってシャフト部(54)に固定されている。

センサ装置(62)は、固定側軌道部材(43)に設けられたセンサ支持部材(63)に支持されているセンサ(67)、回転側軌道部材(44)に設けられたロータ取付け軸(64)に支持されているロータ(65)およびセンサ(67)の出力からハブユニット(41)に作用する荷重を求める処理手段（図示略）を有しており、ハブユニット(41)の左端部（軸方向内側端部）に設けられている。

センサ(67)は、第１実施形態のものと同様のもの（図２参照）であり、固定側軌道部材(43)と同心の円環部(68a)およびこの内周面に周方向に等間隔で設けられた４以上（図示は１０）の磁極歯(68b)からなるステータ(68)と、各磁極歯(68b)に巻回された励磁コイル(69)および検知コイル(70)とを有し、励磁コイル(69)および検知コイル(70)には、各磁極歯(68b)ごとにそれぞれ出力線および入力線が設けられている。

センサ支持部材(63)は、円筒状で、その右端部には、固定側軌道部材(43)の左端部内径に圧入されている右方突出部(63a)が設けられており、そのほぼ中央には、ステータ(68)の位置決めをする径方向内方への突出部(63b)が設けられている。

ロータ取付け軸(64)は、その右端部が回転側軌道部材(44)の小径部(56)に固定されている。ロータ取付け軸(64)の左端部近くには、それより右側の部分よりも小径にされたロータ嵌合部(64a)が設けられており、ロータ取付け軸(64)の左端部には、ロータ嵌合部(64a)よりも小径のおねじ部(64b)が設けられている。ロータ(65)は、ロータ取付け軸(64)のロータ嵌合部(64a)に嵌め合わせられ、おねじ部(64b)にねじ合わされたナット(66)によってロータ取付け軸(64)に固定されている。

ステータ(68)は、磁極歯(68b)の内径をロータ(65)の外周に若干の間隙をおいて対向させた状態で、支持部材(63)内径に嵌め入れられている。支持部材(63)には、ロータ(65)の抜けを防止するカバー(71)がねじ(72)によって固定されている。

各励磁コイル(69)に電流が流されると、磁極歯(68b)とロータ(65)との距離に応じて検知コイル(70)に電磁誘導電流が生成され、この電流の電圧が各磁極歯(68b)ごとに検知コイル(70)から取り出される。

処理手段は、ハブユニット(41)に作用するタイヤ接地荷重の上下方向成分、前後方向成分および左右方向成分と各検知コイル(70)の出力との関係を示す接地荷重演算式を蓄積し、各検知コイル(70)の出力からこの接地荷重演算式を使ってハブユニット(41)に作用するタイヤ接地荷重の上下方向成分、前後方向成分および左右方向成分を求める３方向分力演算部を有している。

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(43)に対する回転側軌道部材(44)の変位量が変化し、これに伴って、センサ(47)(67)の各検知コイル(50)(70)で検出される磁極歯(48b)(68b)と回転側軌道部材(44)との距離が変化する。この距離の変化は、電圧変動量としてセンサ(47)(67)の各検知コイル(50)(70)から出力される。センサの処理手段の３方向分力演算部では、この出力信号に基づき、タイヤ接地荷重の上下方向成分、前後方向成分および左右方向成分が求められる。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。

なお、上記においては、センサ付きハブユニットについて説明したが、上記センサ装置は、ハブユニット以外の各種転がり軸受に一体化して使用することができる。

転がり軸受に作用する荷重を求めるに際して使用するセンサとしては、荷重センサ、ＡＥセンサ、変位センサ、歪センサ、６分力計、レゾルバなどが考えられるが、それぞれに問題があり、この発明によるセンサ付き転がり軸受によると、荷重センサを使用した場合の予圧が必要でかつ調整が難しいという問題を避けることができ、ＡＥセンサを使用した場合の接触面の確保および個別軸受の状態によって出力が異なるという問題を避けることができ、変位センサを使用した場合の検出物に工夫が必要という問題を避けることができ、歪センサを使用した場合の温度ドリフトがあるという問題を避けることができ、６分力計を使用した場合の高価であるという問題を避けることができ、レゾルバを使用した場合の荷重検知精度が劣るという問題を避けることができる。

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実施形態を示す縦断面図である。図２は、図１の要部の横断面図である。図３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実施形態を示す縦断面図である。

符号の説明

(41) ハブユニット（転がり軸受）
(42)(62) センサ装置
(43) 固定側軌道部材
(44) 回転側軌道部材
(45) 玉（転動体）
(47)(67) センサ
(48)(68) ステータ
(48b)(68b) 磁極歯
(49)(69) 励磁コイル
(50)(70) 検知コイル

Claims

固定側軌道部材、回転側軌道部材および転動体を有する転がり軸受と、固定側軌道部材に設けられたセンサおよびセンサの出力から転がり軸受に作用する荷重を求める処理手段を有する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、
センサは、４以上の磁極歯を有しかつ固定側軌道部材と同心のステータと、各磁極歯に巻回された励磁コイルおよび検知コイルとを有し、磁極歯と回転側軌道部材との距離に応じて検知コイルに生成される信号が各磁極歯ごとに取り出されて、これらの信号から転がり軸受に作用する荷重が処理手段において求めら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。