JP2006226477A - Rolling bearing device with sensor - Google Patents
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Abstract
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装置に関する。 The present invention relates to a rolling bearing device with a sensor in which a rolling bearing and a sensor device for detecting various information thereof are integrated.
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。たとえば、特許文献1には、転がり軸受に作用する荷重を求めるために、固定側軌道部材の端部に設けられて回転側軌道部材の端面の歪の変化を磁歪変動量として検出する磁歪センサを有しているものが開示されている。
上記特許文献1のセンサ付き転がり軸受装置によると、被検知部とされる回転側軌道部材の端面は、ハブユニットの組付け精度が測定誤差に繋がる可能性があり、また、センサの感度が良いためハブユニット以外のものからの外部磁界によって誤差が出るという懸念もあった。
According to the rolling bearing device with a sensor of the above-mentioned
この発明の目的は、外部磁界の影響および組付け誤差の影響を除去することにより、荷重検知の測定精度を向上させたセンサ付き転がり軸受装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a sensor-equipped rolling bearing device in which the measurement accuracy of load detection is improved by removing the influence of an external magnetic field and the influence of assembly errors.
この発明によるセンサ付き転がり軸受装置は、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、センサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、センサ装置は、固定側軌道部材に設けられて転動体から同部材に作用する荷重を検出する磁歪型センサを有し、磁歪型センサは、その臨む方向が転動体の接触角の方向と一致するように、固定側軌道部材に設けられた孔に挿入されており、荷重変化に伴う転動体接触部位置の変化が磁歪型センサによって検知されることを特徴とするものである。 A rolling bearing device with a sensor according to the present invention is a rolling bearing device with a sensor provided with a rolling bearing having a fixed side race member, a rotary side race member and a rolling element disposed between both members, and a sensor device. The apparatus includes a magnetostrictive sensor that is provided on the fixed-side track member and detects a load acting on the member from the rolling element, and the magnetostrictive sensor is arranged such that the facing direction coincides with the direction of the contact angle of the rolling element. Further, it is inserted into a hole provided in the fixed-side track member, and a change in the position of the rolling element contact portion accompanying a change in load is detected by a magnetostrictive sensor.
磁歪型センサは、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、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磁場を計測する磁気インピーダンスセンサ(MIセンサ)などが例示される。 A magnetostrictive sensor is a sensor that measures the inverse magnetostriction effect (a phenomenon in which a magnetic force appears when a material is distorted or deformed). When a high-frequency current is applied to a magnetic wire with high permeability, the impedance between both ends of the magnetic wire is an external magnetic field. Examples thereof include a magnetic impedance sensor (MI sensor) that measures a magnetic field by using an electromagnetic phenomenon that varies depending on the magnetic field.
接触角は、転動体と軌道輪との接触部に働く転動体荷重の方向と軸受の中心軸に垂直な平面とのなす角(設計中央値)をいう。この軸受に荷重が作用すると、転動体の接触部の位置が変化する。この位置は、接触角の設計中央位置から角度にしてどれだけ変化したかで表すことができる。 The contact angle refers to an angle (design median value) formed by the direction of the rolling element load acting on the contact portion between the rolling element and the race and the plane perpendicular to the central axis of the bearing. When a load acts on this bearing, the position of the contact portion of the rolling element changes. This position can be expressed by how much the contact angle has changed from the design center position.
転動体の接触部の位置が変化すると、磁歪型センサが臨まされている方向の磁場が変化することになるので、磁歪型センサの出力が変化する、したがって、このセンサの出力から荷重を求めることができる。接触部の位置が変化する方向は、時計回りと反時計回りとがあり、どちらに移動するかで作用する力の方向が分かり、変化する大きさによって、荷重の大きさが分かる。 If the position of the contact portion of the rolling element changes, the magnetic field in the direction in which the magnetostrictive sensor is facing changes, so the output of the magnetostrictive sensor changes. Therefore, the load is obtained from the output of this sensor. Can do. The direction in which the position of the contact portion changes is clockwise or counterclockwise, and the direction of the force acting depending on which direction is moved is known, and the magnitude of the load is known by the magnitude of change.
磁歪型センサの数は、求める荷重に応じて適宜変更される。荷重の大きさだけが必要な場合には、センサの数は1つでよく、軸受に作用する荷重の3方向成分をそれぞれ別個に求めたい場合には、センサの数は、少なくとも3つ好ましくは4つ(頂部、底部、前部および後部)とされる。 The number of magnetostrictive sensors is appropriately changed according to the required load. If only the magnitude of the load is required, the number of sensors may be one. If it is desired to separately determine the three-direction components of the load acting on the bearing, the number of sensors is preferably at least three. There are four (top, bottom, front and rear).
この発明のセンサ付き転がり軸受装置によると、磁歪型センサは、固定側軌道部材に設けられた孔に挿入されているので、ハブユニット以外のものからの外部磁界によって誤差が出ることが防止され、また、その臨む方向が転動体の荷重ゼロ時の接触角の方向と一致するようになされているので、荷重変化に伴う接触角変化が磁歪型センサによって検知され、これにより、荷重分布の変化を検知することができる。 According to the rolling bearing device with a sensor of the present invention, since the magnetostrictive sensor is inserted into the hole provided in the fixed-side raceway member, it is prevented that an error is caused by an external magnetic field from anything other than the hub unit, In addition, since the facing direction coincides with the contact angle direction of the rolling element when the load is zero, the contact angle change accompanying the load change is detected by the magnetostrictive sensor, thereby changing the load distribution. Can be detected.
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1および図2は、この発明のセンサ付き転がり軸受装置の1実施形態を示している。以下の説明において、左右は図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。 1 and 2 show an embodiment of a rolling bearing device with a sensor according to the present invention. In the following description, the left and right refer to the left and right in the figure. Note that the left is inside the vehicle and the right is outside the vehicle.
このセンサ付き転がり軸受装置は、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(1)と、ハブユニット(1)に作用する荷重を検出するセンサ装置(2)とを備えている。 This rolling bearing device with a sensor is used as a hub unit with a sensor, and includes a hub unit (1) and a sensor device (2) for detecting a load acting on the hub unit (1).
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。 The hub unit (1) is arranged in two rows between the fixed side track member (3) fixed to the vehicle body side, the rotary side track member (4) to which the wheel is attached, and both members (3) and (4). A ball (5), which is a plurality of rolling elements, and a cage (6) for holding each row of balls (5) are provided.
固定側軌道部材(3)は、軸受の外輪(固定輪)機能を有しているもので、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(車体側部分)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。 The fixed-side raceway member (3) has a bearing outer ring (fixed ring) function, and includes a cylindrical portion (12) in which two rows of outer ring raceways are formed on the inner peripheral surface, and a cylindrical portion (12 ) And a flange portion (13) attached to the suspension device (vehicle body side portion) with a bolt.
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。内軸(14)の小径部(16)の左端部には、おねじ部が設けられており、このおねじ部にねじ合わされたナット(21)によって、内輪(17)が内軸(14)に固定されている。固定側軌道部材(3)の左端部には、カバー(22)が被せ止められている。 The rotation side raceway 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). The inner ring (14), and the inner ring (14), the inner ring (14), which has a small diameter part (16) and is fitted to the outer diameter, and the right side is in close contact with the left side of the large diameter part (15) of the inner axis (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 is fixed is provided. A raceway groove (17a) is formed in the right part of the inner ring (17) so as to be parallel to the raceway groove (15a) of the inner shaft (14), and a shoulder part (17b ) Is formed. A sealing device (20) is provided between the right end portion of the fixed-side track member (3) and the inner shaft (14). A male screw is provided at the left end of the small diameter portion (16) of the inner shaft (14), and the inner ring (17) is connected to the inner shaft (14) by a nut (21) screwed to the male screw. It is fixed to. A cover (22) is covered with the left end portion of the fixed race member (3).
センサ装置(2)は、固定側軌道部材(3)に設けられて玉(5)から同部材(3)に作用する荷重を検出する磁歪型センサ(8)を有している。磁歪型センサ(8)は、その臨む方向が玉(5)の接触角設計中央値方向(A)と一致するように、固定側軌道部材(3)に設けられた有底孔(3a)に挿入されて固定されている。 The sensor device (2) includes a magnetostrictive sensor (8) that is provided on the fixed-side track member (3) and detects a load acting on the member (3) from the ball (5). The magnetostrictive sensor (8) has a bottomed hole (3a) provided in the fixed-side track member (3) so that its facing direction coincides with the contact angle design median direction (A) of the ball (5). Inserted and fixed.
ハブユニット(1)に荷重が作用すると、玉(5)の接触部の位置が変化する。玉(5)の接触部の位置が変化すると、磁歪型センサ(8)が臨まされている方向の磁場が変化することになるので、磁歪型センサ(8)の出力が変化する。すなわち、図2において、Aは、接触角設計中央値方向を示しており、このときの転動体接触部の位置が領域Bで示されている。この状態で、固定側軌道部材(3)に相対的に左向きの荷重が作用すると、接触角の方向は、A1の方向に変化し、転動体接触部の位置は、B1の領域に変化する。逆に、固定側軌道部材(3)に相対的に右向きの荷重が作用すると、接触角の方向は、A2の方向に変化し、転動体接触部の位置は、B2の領域に変化する。転動体接触部の位置は、接触角の設計中央位置から角度にしてどれだけ変化したかで表すことができる。また、転動体接触部の位置が変化する方向は、時計回りと反時計回りとがあり、どちらに移動するかで作用する力の方向が分かり、変化する大きさによって、荷重の大きさが分かる。したがって、予めハブユニット(1)に作用する荷重とセンサ(8)の出力との関係式を求めておくことにより、センサ(8)の出力から荷重を求めることができる。 When a load acts on the hub unit (1), the position of the contact portion of the ball (5) changes. When the position of the contact portion of the ball (5) changes, the magnetic field in the direction in which the magnetostrictive sensor (8) is exposed changes, so the output of the magnetostrictive sensor (8) changes. That is, in FIG. 2, A indicates the contact angle design median direction, and the position of the rolling element contact portion at this time is indicated by a region B. When a relatively leftward load is applied to the fixed-side raceway member (3) in this state, the direction of the contact angle changes to the direction A1, and the position of the rolling element contact portion changes to the region B1. Conversely, when a relatively rightward load is applied to the fixed-side track member (3), the direction of the contact angle changes to the direction A2, and the position of the rolling element contact portion changes to the region B2. The position of the rolling element contact portion can be expressed by how much the contact angle has changed from the design center position of the contact angle. In addition, the direction in which the position of the rolling element contact portion changes is clockwise or counterclockwise, and the direction of the force acting depending on the direction of movement is known, and the magnitude of the load is known by the magnitude of change. . Therefore, by obtaining a relational expression between the load acting on the hub unit (1) and the output of the sensor (8) in advance, the load can be obtained from the output of the sensor (8).
磁歪型センサ(8)によると、転動体接触部における逆磁歪効果からこの領域の歪の絶対値を求めることも可能であるが、この場合には、接触部における摩耗が進行すると、歪の絶対値が小さくなる可能性がある。これに対し、この発明のセンサ付き転がり軸受装置では、転動体接触部の接触角中央設計値からの変化を検出しており、摩耗の変化を受けにくいという利点を有している。 According to the magnetostrictive sensor (8), it is possible to determine the absolute value of the strain in this region from the inverse magnetostrictive effect at the rolling element contact portion. The value may be smaller. On the other hand, in the rolling bearing device with a sensor of the present invention, a change from the contact angle central design value of the rolling element contact portion is detected, and there is an advantage that it is difficult to receive a change in wear.
なお、磁歪型センサの数は、求める荷重に応じて適宜変更される。例えば、図1に示すように、センサの数を1つにした場合、センサ設置位置の荷重の大きさが求まる。この場合、接触部位置の変化の繰り返し数を数えることにより、転動体公転速度したがって回転側軌道部材の回転数を求めることもできる。また、ハブユニットに作用する荷重の3方向成分(上下方向、左右方向および前後方向)をそれぞれ別個に求めたい場合には、センサの数は、少なくとも3つ(頂部および底部のいずれか、前部および後部)好ましくは4つ(頂部、底部、前部および後部)とすればよい。この場合、転動体接触部の位置が変化する方向が時計回りか反時計回りかを考慮することにより、各荷重成分の大きさだけでなく、ねじれ(モーメント)も見ることができる。 Note that the number of magnetostrictive sensors is appropriately changed according to the required load. For example, as shown in FIG. 1, when the number of sensors is one, the magnitude of the load at the sensor installation position can be obtained. In this case, by counting the number of repetitions of the change in the contact portion position, it is also possible to obtain the rolling element revolution speed and hence the rotation speed of the rotation side raceway member. In addition, when it is desired to separately determine the three-direction components (vertical direction, left-right direction, and front-rear direction) of the load acting on the hub unit, the number of sensors is at least three (either top or bottom, front part And the rear part), preferably four (top part, bottom part, front part and rear part). In this case, not only the magnitude of each load component but also the torsion (moment) can be seen by considering whether the direction in which the position of the rolling element contact portion changes is clockwise or counterclockwise.
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複列の転がり軸受に一体化して使用することもできる。 In the above description, the sensor-equipped hub unit has been described. However, the sensor device can be integrated with a double-row rolling bearing other than the hub unit.
(1) 転がり軸受
(2) センサ装置
(3) 固定側軌道部材
(4) 回転側軌道部材
(5) 玉(転動体)
(8) 磁気インピーダンスセンサ(磁歪型センサ)
(31) 交流電源
(1) Rolling bearing
(2) Sensor device
(3) Fixed side raceway member
(4) Rotating track member
(5) Ball (rolling element)
(8) Magneto-impedance sensor (magnetostrictive sensor)
(31) AC power supply
Claims (1)
センサ装置は、固定側軌道部材に設けられて転動体から同部材に作用する荷重を検出する磁歪型センサを有し、磁歪型センサは、その臨む方向が転動体の接触角の方向と一致するように、固定側軌道部材に設けられた孔に挿入されており、荷重変化に伴う転動体接触部位置の変化が磁歪型センサによって検知されることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。 In a rolling bearing device with a sensor comprising a fixed-side raceway member, a rotary-side raceway member, a rolling bearing having rolling elements arranged between both members, and a sensor device,
The sensor device has a magnetostrictive sensor that is provided on the fixed-side track member and detects a load acting on the member from the rolling element, and the facing direction of the magnetostrictive sensor coincides with the direction of the contact angle of the rolling element. As described above, the sensor-equipped rolling bearing device is inserted into a hole provided in the fixed-side raceway member, and a change in the position of the rolling element contact portion accompanying a load change is detected by a magnetostrictive sensor.
Priority Applications (1)
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JP2005043379A JP2006226477A (en) | 2005-02-21 | 2005-02-21 | Rolling bearing device with sensor |
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JP2005043379A JP2006226477A (en) | 2005-02-21 | 2005-02-21 | Rolling bearing device with sensor |
Publications (1)
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009250440A (en) * | 2008-04-03 | 2009-10-29 | Snr Roulements | Roller bearing including at least one deformable instrumented area deliminated axially |
CN113614399A (en) * | 2019-03-25 | 2021-11-05 | 株式会社捷太格特 | Method for obtaining contact angle of angular ball bearing and method for manufacturing bearing device for wheel |
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2005
- 2005-02-21 JP JP2005043379A patent/JP2006226477A/en not_active Withdrawn
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