JP2007017159A - 回転速度検出装置付転がり軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 転がり軸受ユニット側で発電でき、しかも軽量に構成できる構造を実現する。【解決手段】 金属製のカバー１６ａと被覆銅線２７とにより構成した閉回路の両端部を、運転時に温度が異なる部分に両端部を配置する。そして、この閉回路に、ゼーベック効果により直流電流を流して、磁気センサ２５に電力供給を行なう。又、余分の電力をキャパシタ２６に貯蔵し、運転開始直後、上記閉回路の両端部に温度差がない場合に、上記磁気センサ２５に電力を供給する。
【選択図】 図１

Description

この発明に係る回転速度検出装置付転がり軸受ユニットは、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、この車輪の回転速度を検出する為に利用する。

自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、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）等を制御すべく車輪の回転速度を検出する為に、回転速度検出装置付転がり軸受ユニットが広く使用されている。この様な回転速度検出装置付転がり軸受ユニットの１例として、特許文献１には、図３に示す様な構造が記載されている。

この図３に示した回転速度検出装置付転がり軸受ユニットは、静止輪である外輪１の内側に、回転輪であるハブ２及び内輪３を回転自在に支持している。この外輪１は、外周面に懸架装置に取り付ける為の結合フランジ４を、内周面に第一、第二の外輪軌道５ａ、５ｂを、それぞれ有する。又、上記ハブ２は、外周面の外端（軸方向に関して「外」とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側を言い、各図の左側。反対に、自動車への組付け状態で車両の幅方向中央側となる各図の右側を、軸方向に関して「内」と言う。本明細書全体で同じ。）寄り部分に、車輪を支持する為の取付フランジ６を設けている。又、上記ハブ２の外周面の中間部に第一の内輪軌道７ａを形成すると共に、同じく内端寄り部分に形成した小径段部８に、その外周面に第二の内輪軌道７ｂを形成した上記内輪３を外嵌固定している。そして、上記ハブ２の内端部を径方向外方に塑性変形させて形成したかしめ部９により、上記内輪３の内端面を抑え付けている。

又、上記各外輪軌道５ａ、５ｂと上記各内輪軌道７ａ、７ｂとの間には、それぞれ複数個ずつの転動体１０、１０を転動自在に設け、上記外輪１の内側に、上記ハブ２及び内輪３を回転自在に支持している。尚、図示の例では、上記各転動体１０、１０として玉を使用しているが、重量が嵩む自動車用の軸受ユニットの場合には、転動体として円すいころを使用する場合もある。又、上記各転動体１０、１０を設置した空間の外端開口部は、シールリング１１により密閉している。

更に、上記内輪３の端部外周面で上記第二の内輪軌道７ｂから外れた部分には、エンコーダ１２を外嵌固定している。このエンコーダ１２は、鋼板等の磁性金属板により断面略Ｔ字形で全体を円環状に形成した支持環１３と、この支持環１３を構成する円輪部１４の側面に添着したエンコーダ本体１５とを組み合わせて成る。このエンコーダ本体１５は、フェライト粉末を混入したゴム磁石等の永久磁石により全体を円輪状に形成したもので、軸方向に着磁すると共に、着磁の向きを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。従って、上記エンコーダ本体１５の側面には、Ｓ極とＮ極とが、交互に且つ等間隔で配置されている。

又、前記外輪１の内端開口部には、カバー１６を被着して、この外輪１の内端開口部を塞いでいる。そして、このカバー１６に、センサユニット１７を支持固定している。このセンサユニット１７は、合成樹脂製のホルダ１８内に磁気センサを保持して成る。この磁気センサは、ホール素子、磁気抵抗素子等の、磁束の密度或いは方向に対応して特性を変化させる磁気検出素子と、この磁気検出素子の特性変化を出力信号として取り出す為の回路（ＩＣ）とから成る。上記ホルダ１８を上記カバー１６に支持固定した状態で、上記磁気センサの検出部は、上記エンコーダ本体１５の側面に、例えば０．５〜２．０mm程度の検出隙間を介して、近接対向する。

上述の様に構成する回転速度検出装置付転がり軸受ユニットの使用時には、外輪１の外周面に設けた結合フランジ４を懸架装置に結合固定すると共に、ハブ２の外周面に設けた取付フランジ６に車輪を支持固定する。この状態で、この車輪と共にエンコーダ１２が回転すると、このエンコーダ１２の回転速度に応じて、上記磁気センサの出力信号の周波数が変化する。従って、この磁気センサの出力信号をケーブル１９を通じて図示しない制御器に送れば、ＡＢＳやＴＣＳを適切に制御できる。

上述の様な車輪の回転速度を検出する為の磁気センサとしては、上述の様なアクティブ型の他、磁性材製のポールピースの周囲にコイルを巻回して成る、パッシブ型のものがある。パッシブ型の磁気センサは、自身で発電する為、外部電力が不要である代わりに、低速回転時の出力電圧がゼロ若しくは僅少になる為、低速回転時の検出能力が劣る。これに対して、アクティブ型の磁気センサは、電力源が必要になる代わりに、回転速度が出力電圧の大きさに影響しない為、低速回転時の検出能力が優れている。この為、近年は、車輪の回転速度を検出する為の磁気センサとしては、上記アクティブ型のものを使用する事が多くなっている。

従来は、上記ケーブル１９に、出力信号取り出し用のハーネスとは別に、電力供給用のハーネスを束ねて、上記アクティブ型の磁気センサへの電力供給を行なっている。この為、上記ケーブル１９が太くなり、取り扱い性が悪化する。
一方、特許文献２には、転がり軸受ユニットに発電機を組み込むと共に、この転がり軸受ユニットに設けたシールリング内に、センサの検出信号をワイヤレス送信する為のアンテナを設置した、回転速度検出装置付転がり軸受ユニットに関する発明が記載されている。上記発電機として上記特許文献２には、外周面にＳ極とＮ極とを配置した、エンコーダとしての機能を兼ね備えた永久磁石をロータとし、コイルを内蔵した磁性体リングをステータとした構造のものが記載されている。

この様な特許文献２に記載された構造によれば、出力信号取り出し用のハーネスと電力供給用のハーネスとを束ねた太いケーブルを、転がり軸受ユニットと車体との間に配設する必要がなくなる（特許文献２に記載された構造の場合にはケーブルの配設自体が不要になる）。但し、ステータとしてコイルを内蔵した磁性体リングを使用した発電機は、重量が嵩む事が避けられない。この発電機を組み込む転がり軸受ユニットは、懸架装置に組み込んだばねよりも路面側に位置する、所謂ばね下荷重になり、少しの重量増大も、乗り心地や操縦安定性を中心とする走行性能に悪影響を及ぼす為、好ましくない。

特開２００１−３１８１０５号公報 特開２００３−２７８７８２号公報

本発明の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットは、上述の様な事情に鑑みて、転がり軸受ユニット側で発電でき、しかも軽量に構成できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットは、静止側周面に静止側軌道を有し、使用時にも回転しない静止輪と、回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転する回転輪と、上記静止側軌道と上記回転側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、上記回転輪に嵌合固定されたエンコーダと、検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた状態で上記静止輪に支持されたセンサとを備える。
特に、本発明の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットに於いては、運転時に互いに温度が異なる部分に両端部を配置されて、ゼーベック効果で発電する発電素子により、上記センサに電力供給を行なう。

上述の様に構成する本発明の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットは、転がり軸受ユニット側に設けた発電素子によりセンサに電力を供給する為、仮に出力信号取り出し用のケーブルを転がり軸受ユニットと車体との間に配設する場合でも、このケーブルには電力供給用のハーネスを束ねる必要はない。言い換えれば、このケーブルには、信号取り出し用のハーネスのみを設ければ良く、太いケーブルを配設する必要がなくなる。この為、このケーブルの取り扱い性が良好になる。又、ゼーベック効果で発電する発電素子は、互いに異なる１対の金属若しくは半導体の両端同士を接続する事により、単純に構成できる為、軽量である。この為、ばね下荷重の増大を抑え、走行性能に悪影響を及ぼす事も殆どない。

本発明を実施する場合に、好ましくは、請求項２に記載した様に、発電素子が発電した電力を一時貯蔵（蓄電）する、キャパシタ（コンデンサ）を設ける。
このキャパシタには、上記発電素子が発電した電力のうち、センサ部分で消費し切れなかった余分の電力を貯蔵しておく。
この様なキャパシタを設ければ、上記発電素子の両端部に温度差が存在せず、この発電素子が発電しない状態でも、上記キャパシタから上記センサに電力を供給して、回転輪の回転速度検出を行なえる。
又、炭素とアルミニウムとを主原料に造られる、電子部品であるキャパシタは、充電及び放電の際に化学反応を伴わない。この為、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池に比べて充電時間が短く、繰り返し（半永久的に）使用できる。又、廃棄する際の環境対策も容易である。

図１は、本発明の実施例１を示している。尚、本実施例の特徴は、回転速度検出用のセンサ２０を駆動する、即ち、このセンサ２０を構成する磁気検出素子の特性を変化させ、更に、この特性変化に伴う出力信号を送り出す為に要する電力を、転がり軸受ユニット部分で造り出す点にある。転がり軸受ユニット部分、エンコーダ１２ａと上記センサ２０とによりハブ２の回転速度を検出する部分等の構成及び作用は、前述の図３に示した従来構造とほぼ同様であるから、重複する説明は省略若しくは簡略にし、以下、本実施例の特徴部分を中心に説明する。

本実施例の場合には、外輪１の内端開口部にカバー１６ａを被着して、この外輪１の内端開口部を塞いでいる。このカバー１６ａは、軟鋼板等の表面にニッケル合金をメッキした金属製である。そして、このカバー１６ａに形成した通孔２１部分に、センサユニット１７ａを支持固定している。このセンサユニット１７ａは、それぞれが合成樹脂製である、センサホルダ部２２とコネクタ部２３とを、上記カバー１６ａの底板部２４を挟んで互いに結合して成る。このうちのセンサホルダ部２２には、磁気センサ２５とキャパシタ２６とを包埋支持して成る。又、上記コネクタ部２３には、信号取り出し用のケーブルの一端に設けたプラグを接続自在としている。

更に、上記カバー１６ａの内部には、銅線を絶縁材により被覆した被覆銅線２７を設置している。そして、この被覆銅線２７を構成する銅線の両端部で上記絶縁材から露出した部分のうちの一端を、上記カバー１６ａの内面開口寄り部分で、外輪軌道５ｂと各転動体１０、１０との転がり接触部に近い位置に、ハンダ付等により、電気的に接続している。これに対して、上記銅線の他端を、上記カバー１６ａのうちで上記通孔２１の近傍部分に、上記磁気センサ２５の処理回路及び上記キャパシタ２６を介して、電気的に接続している。

この構成により、上記カバー１６ａと上記被覆銅線２７とで閉回路を構成し、この被覆銅線２７の両端部同士の間に温度差が生じた場合に、この閉回路と、上記処理回路及び上記キャパシタ２６とに、直流電流が流れる様にしている。即ち、転がり軸受ユニットの運転時には、上記被覆銅線２７の一端部の温度が転がり接触部での発熱により上昇するのに対して、外気に曝されて常に冷却される上記カバー１６ａの底板部２４に接続された他端部の温度はあまり上昇しない。又、この他端部を積極的に空冷できる様に、上記カバー１６ａの形状を工夫すれば、更に上記銅線２７の両端部同士の温度差を大きくできる。この為、上記直流電流が流れ、上記処理回路に電力が供給される。又、この処理回路で消費し切れない電力は、上記キャパシタ２６に一時貯蔵される。尚、上記カバー１６ａは、プレス加工により形成される為、比較的容易に各種形状に成形する事が可能である。

上述の様に構成する本実施例の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットによれば、転がり軸受ユニット側に設けた、上記カバー１６ａと上記被覆銅線２７とから成る発電素子により上記磁気センサ２５に電力を供給する為、上記コネクタ部２３に一端を接続する出力信号取り出し用のケーブルに、電力供給用のハーネスを束ねる必要はない。言い換えれば、このケーブルには、信号取り出し用のハーネスのみを設ければ良く、太いケーブルを配設する必要がなくなる。この為、このケーブルの取り扱い性が良好になる。又、ゼーベック効果で発電する上記発電素子は、互いに異なる１対の金属若しくは半導体の両端同士を接続する事により、単純に構成できる為、軽量である。本実施例の場合には、上記被覆銅線２７を新たに加えるのみで済む。この為、ばね下荷重の増大を抑え、走行性能に悪影響を及ぼす事も殆どない。

更に、本実施例の場合には、上記発電素子が発電した電力を一時貯蔵するキャパシタ２６を設け、このキャパシタ２６に、上記発電素子が発電した電力のうち、上記磁気センサ２５部分で消費し切れなかった余分の電力を貯蔵する様にしている。この為、運転開始直後等、上記発電素子の両端部に温度差が存在せず、この発電素子が発電しない状態でも、上記キャパシタ２６から上記磁気センサ２５に電力を供給して、回転輪の回転速度検出を行なえる。
又、炭素とアルミニウムとを主原料に造られる、電子部品である上記キャパシタ２６は、充電及び放電の際に化学反応を伴わない。この為、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池に比べて充電時間が短く、繰り返し（半永久的に）使用できる。又、廃棄する際の環境対策も容易である。但し、本発明を実施する場合に、上記二次電池を使用する事も可能である。

図２は、本発明の実施例２を示している。本実施例の場合には、センサユニット１７ｂを、センサホルダ部２２とアンテナ保持部２８とにより構成している。そして、このアンテナ保持部２８に、磁気センサ２５の出力信号をワイヤレス送信する為のアンテナ２９を設置している。
本実施例の場合には、この様に磁気センサ２５の出力信号をワイヤレス送信する構造を採用して、電力供給用のハーネスだけでなく、出力信号取り出し用のケーブルも不要にしている。
その他の部分の構造及び作用は、上述した実施例１と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。

本発明の実施例１を示す断面図。 同実施例２を示す断面図。 従来構造の１例を示す断面図。

符号の説明

１ 外輪
２ ハブ
３ 内輪
４ 結合フランジ
５ａ、５ｂ外輪軌道
６ 取付フランジ
７ａ、７ｂ 内輪軌道
８ 小径段部
９ かしめ部
１０ 転動体
１１ シールリング
１２、１２ａ エンコーダ
１３、１３ａ 支持環
１４、１４ａ 円輪部
１５、１５ａ エンコーダ本体
１６、１６ａ カバー
１７、１７ａ、１７ｂ センサユニット
１８ ホルダ
１９ ケーブル
２０ センサ
２１ 通孔
２２ センサホルダ部
２３ コネクタ部
２４ 底板部
２５ 磁気センサ
２６ キャパシタ
２７ 被覆銅線
２８ アンテナ保持部
２９ アンテナ

Claims (2)

1. 静止側周面に静止側軌道を有し、使用時にも回転しない静止輪と、回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転する回転輪と、上記静止側軌道と上記回転側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、上記回転輪に嵌合固定されたエンコーダと、検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた状態で上記静止輪に支持されたセンサとを備えた回転速度検出装置付転がり軸受ユニットに於いて、運転時に互いに温度が異なる部分に両端部を配置されて、ゼーベック効果で発電する発電素子により、上記センサに電力供給を行なう事を特徴とする回転速度検出装置付転がり軸受ユニット。
2. 発電素子が発電した電力を一時貯蔵するキャパシタを設けた、請求項１に記載した回転速度検出装置付転がり軸受ユニット。

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