JP2006284286A - センサ付き転がり軸受装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 複数箇所にセンサを配置することなく、転がり軸受に作用する荷重の検出が可能なセンサ付き転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】 センサ装置2は、固定側軌道部材3と同心となるように同部材3に固定されて固定側軌道部材3、一方の列の転動体5A、回転側軌道部材4、他方の列の転動体5Bおよび固定側軌道部材3からなる回路を磁気閉回路10とする励磁コイル7と、励磁コイル7に交流電流を供給する交流電源31と、励磁コイル7に流れる電流と荷重によって変化する磁気閉回路10の転動体接触面積総和とに応じた誘導電流が生成される検知コイル8と、検知コイル8に生成された誘導電流を検知する計測手段32と、計測手段32の出力から転がり軸受としてのハブユニット1に作用する横Ｇを求める処理手段11とを備えている。
【選択図】 図３

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。
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、固定側軌道部材に設けられていずれか一方の軌道部材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。
特開２００４−４５３７０号公報
上記特許文献１のセンサ付き転がり軸受装置によると、磁歪センサが設けられる位置（ハブユニットの頂部、底部、前部、後部またはそれらの中間）によって、同じ荷重に対する逆磁歪効果の大きさが異なっており、複数箇所にセンサを設けて、これらの出力を演算することで荷重を求めることが必要である。したがって、センサ装置が複雑となってコストが増加するという問題があった。
この発明の目的は、複数箇所にセンサを配置することなく、転がり軸受に作用する荷重の検出が可能なセンサ付き転がり軸受装置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複列の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、固定側軌道部材と同心となるように同部材に固定されて固定側軌道部材、一方の列の転動体、回転側軌道部材、他方の列の転動体および固定側軌道部材からなる回路を磁気閉回路とする励磁コイルと、励磁コイルに交流電流を供給する交流電源と、励磁コイルに隣接して設けられ励磁コイルに流れる電流と荷重によって変化する磁気閉回路の転動体接触面積総和とに応じた誘導電流が生成される検知コイルと、検知コイルに生成された誘導電流を検知する計測手段と、計測手段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とを備えていることを特徴とするものである。
励磁コイルおよび検知コイルは、それぞれ１つずつ使用され、励磁コイルに流れる電流に応じた誘導電流が検知コイル生成されるように、固定側軌道部材の内周に、共通の軸を有しかつ軸方向または径方向に隣り合うように固定される。
励磁コイルに交流電流を供給すると、励磁コイルに隣接して設けられた検知コイルには、励磁コイルに流れる電流に応じた誘導電流が生成され、この誘導電流には、磁気閉回路の磁束変化に応じた誘導電流が重ね合わせられる。一方、転動体の接触面積は、転がり軸受に作用する荷重と相関関係があり、例えば、転がり軸受がハブユニットの場合には、接触面積の総和と横Ｇとはほぼ比例関係にある。したがって、軸受に作用する荷重（ハブユニットに作用する横Ｇ）が変化した場合、接触面積が変化し、これが磁気閉回路の特性に変化を及ぼす（接触面積が増加すると、磁気閉回路の磁束密度が増加し、接触面積が減少すると、磁気閉回路の磁束密度も減少する。）。この結果、軸受に作用する荷重が変化すると、磁気閉回路における転動体接触面積総和したがって磁気閉回路の磁束が変化することに応じた誘導電流が検知コイルに生成され、検知コイルで得られる誘導電流の振幅は、すべての転動体の接触面積の総和したがって軸受に作用する荷重に対応して変化することになる。そこで、軸受に種々の荷重を作用させて、そのときに検知コイルに生成される誘導電流を求めることによって、荷重と検知コイルの誘導電流との関係式を作成し、この関係式を処理手段に蓄積しておき、検知コイルに生成される誘導電流を検知してこの関係式を用いた演算を行うことにより、軸受に作用する荷重（横Ｇ）を検出することができる。こうして、接触面積の総和に着目するとともに、その接触面積の直接測定が難しいという課題が磁気閉回路を利用することで克服されることにより、１カ所のセンサ（１対のコイル）によって荷重を得ることが可能となる。
この発明のセンサ転がり軸受ユニットによると、複数箇所にセンサを配置することなく、転がり軸受に作用する荷重の検出が可能であるので、センサ装置を簡素化でき、コストを低減することができる。また、センサは、２つのコイルによって形成されているので、信号発信回路や信号処理回路を内蔵した複雑な構造のセンサを使用せずに済み、この点でもコストを低減することができる。
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から図３までは、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)に作用する横Ｇ（左右方向加速度したがって左右方向荷重）を検出するセンサ装置(2)とを備えている。
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(5A)(5B)、および各列の玉(5A)(5B)をそれぞれ保持する保持器(6)を備えている。
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。
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。
この発明のセンサ付き転がり軸受装置のセンサ装置(2)は、横Ｇを検出するために、荷重による玉(5A)(5B)の接触面積の変化が横Ｇに対して、相関がある（ほぼ比例して変化する）ことを利用している。この相関は、１つの玉(5A)(5B)についても成り立つが、接触面積としてすべての玉(5A)(5B)の接触面積を合計した接触面積総和を使用しても成り立っている。図２には、横Ｇ−接触面積総和特性が実線で示されている。
各玉(5A)(5B)ごとにその接触面積を検出するためには、例えば超音波センサのような特殊なセンサを使用することが必要となり、また、接触位置が変化ししかも接触面積が初期状態から減少する方向（荷重が抜ける方向）の力に対しては、線形性がなくなることから、複数箇所での検知が必要となる。そこで、この発明のセンサ付き転がり軸受装置においては、固定側軌道部材(3)、一方の列の玉(5A)(5B)、回転側軌道部材(4)、他方の列の玉(5A)(5B)および固定側軌道部材(3)からなる回路に、励磁コイル(7)を接続することによって磁気閉回路(10)を形成し、励磁コイル(7)に流れる電流と磁気閉回路(10)の特性とに応じて検知コイル(8)に生成される誘導電流を検出することで、横Ｇを求める構成としている。上記のように形成された磁気閉回路(10)は、玉(5A)(5B)の接触面積の総和によってその特性（例えば磁束密度）が決定され、接触面積総和が横Ｇと相関関係（図２実線）にあることから、コイル電流変化量と横Ｇとは、図２に点線で示すように、相関関係（ほぼ比例関係）にある。したがって、横Ｇを検知コイル(8)の出力電流の変化から求めることができる。接触面積総和を使用することは、複数のセンサを使用してその総和を求めることと同等であるので、荷重の抜けを含む検知となり、センサ（１対のコイル）は、１カ所だけに設ければよい。また、１個の玉(5A)(5B)の変化を検知する場合（短い時間でピークに達し、短い時間でボトムに達する）に比べて、短い時間で大きく出力が変化することを避けることができ、誤差を小さくすることができる。
図３に示すように、センサ装置(2)は、固定側軌道部材(3)と同心となるように同部材(3)に固定された励磁コイル(7)と、励磁コイル(7)に隣り合いかつその軸方向が一致している検知コイル(8)と、処理手段(11)とを有し、励磁コイル(7)には、これに交流電流を供給する交流電源(31)が接続されており、検知コイル(8)には、これに生成された誘導電流を検知する電流計測手段(32)が接続されている。これにより、検知コイル(8)には、励磁コイル(7)に流れる電流に応じた定常的誘導電流（振幅が一定）に、固定側軌道部材(3)、一方の列の玉(5A)(5B)、回転側軌道部材、他方の列の玉(5A)(5B)および固定側軌道部材(3)からなる磁気閉回路(10)の特性に応じた変動分（コイル電流変化量：図２参照）が付加された誘導電流が生成される。センサ装置(2)の処理手段(11)は、図２に示した関係が蓄えられているメモリ部(11a)と、電流計測手段(32)の出力から横Ｇを求める演算部(11b)とを有しており、処理手段(11)において横Ｇが求められ、これが車両制御に使用される。こうして、超音波センサのような特殊なセンサを用いることなく、１対のコイル(7)(8)のみで横Ｇを得ることができる。
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複列の転がり軸受に一体化して使用することもできる。
図１は、この発明によるセンサ付き転がり軸受装置の１実施形態を示す縦断面図である。 図２は、横Ｇと接触面積総和および検知コイル電流変化量との関係を求めたグラフである。 図３は、この発明によるセンサ付き転がり軸受装置の処理手段を含む全体構成を示す図である。
符号の説明
(1) ハブユニット（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
(5A)(5B) 玉（転動体）
(7) 励磁コイル
(8) 検知コイル
(10) 磁気閉回路
(11) 処理手段
(31) 交流電源
(32) 計測手段

Claims (1)

  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複列の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、固定側軌道部材と同心となるように同部材に固定されて固定側軌道部材、一方の列の転動体、回転側軌道部材、他方の列の転動体および固定側軌道部材からなる回路を磁気閉回路とする励磁コイルと、励磁コイルに交流電流を供給する交流電源と、励磁コイルに隣接して設けられ励磁コイルに流れる電流と荷重によって変化する磁気閉回路の転動体接触面積総和とに応じた誘導電流が生成される検知コイルと、検知コイルに生成された誘導電流を検知する計測手段と、計測手段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とを備えていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
JP2005102541A 2005-03-31 2005-03-31 センサ付き転がり軸受装置 Withdrawn JP2006284286A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2010012277A1 (de) * 2008-07-31 2010-02-04 Schaeffler Kg Wälzlager mit einer magneteinrichtung

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