JP2007127253A - Rolling bearing device with sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車などの車両の車輪を回転自在に支持するのに使用するセンサ付き転がり軸受装置に関するものである。 The present invention relates to a rolling bearing device with a sensor used for rotatably supporting wheels of a vehicle such as an automobile.
近年、自動車の分野において、走行の際の運転制御を行うために車輪に作用する荷重や車輪の回転数などといった種々の情報が必要とされている。このような情報を得るため、自動車の車輪が取り付けられる車輪用転がり軸受装置に変位センサや回転センサを設けることが提案されている。
かかる車輪用のセンサ付き転がり軸受装置として従来から知られているものとして、車体側との固定部分を有する筒状の固定軌道輪と、この固定軌道輪の径方向内方に設けられかつ車輪の取付部分を有する回転軌道輪と、これらの両軌道輪を相対回転自在とするために当該両軌道輪間に転動自在に設けられた複列の転動体とを備えた軸受装置がある(例えば、特許文献1参照)。
2. Description of the Related Art In recent years, in the field of automobiles, various information such as loads acting on wheels and the number of rotations of wheels has been required in order to perform operation control during traveling. In order to obtain such information, it has been proposed to provide a displacement sensor and a rotation sensor in a wheel rolling bearing device to which a wheel of an automobile is attached.
As a conventionally known rolling bearing device with a sensor for a wheel, a cylindrical fixed bearing ring having a fixed portion to the vehicle body side, a radial fixed inner ring of the fixed track ring, and a wheel There is a bearing device that includes a rotating raceway having a mounting portion, and a double row rolling element provided between the raceways so as to be rotatable relative to each other (for example, , See Patent Document 1).
この従来の軸受装置では、車輪に荷重が作用した際に発生する回転軌道輪の外周側面の変位によって変化する両軌道輪間のギャップ(具体的には、このギャップに対応して変化する電気信号)を検出する一つの変位センサが固定軌道輪に設けられ、この変位センサで検出したギャップに基づいて車輪に作用する鉛直方向の荷重を求めるようになっている。
そして、当該軸受装置では、固定軌道輪の外周壁部の上部を径方向に貫通する一つの貫通孔が形成されており、この貫通孔に上記変位センサを下向きに挿入することにより、当該変位センサの検出面を回転軌道輪の外周面に向けた状態で配置している。
In this conventional bearing device, the gap between the two race rings that changes due to the displacement of the outer peripheral side surface of the rotating race ring that occurs when a load is applied to the wheel (specifically, the electrical signal that changes corresponding to this gap) ) Is provided on the fixed track ring, and a vertical load acting on the wheel is obtained based on a gap detected by the displacement sensor.
And in the said bearing apparatus, the one through-hole which penetrates the upper part of the outer peripheral wall part of a fixed bearing ring radially is formed, By inserting the said displacement sensor downward in this through-hole, the said displacement sensor These detection surfaces are arranged in a state facing the outer peripheral surface of the rotating raceway.
上記特許文献1に記載のセンサ付き転がり軸受装置では、下向きにセットされた単一の変位センサの検出面を回転軌道輪の外周面に設けたセンサリング(ターゲット)に対向させる単純な構造になっている。このため、その変位センサの検出値に基づいて車輪に対して鉛直方向に作用する並進荷重を求めることは可能であるが、車両の旋回走行時の遠心力等に伴って発生する前後方向(図13のx軸)回りのモーメント荷重及び上下方向(図13のz軸)回りのモーメント荷重や、車輪の軸方向の並進荷重(図13のFy)については、当該変位センサの検出値から求めることは不可能である。 The rolling bearing device with sensor described in Patent Document 1 has a simple structure in which a detection surface of a single displacement sensor set downward is opposed to a sensor ring (target) provided on the outer peripheral surface of the rotating raceway. ing. For this reason, it is possible to obtain the translational load acting in the vertical direction on the wheel based on the detection value of the displacement sensor, but the front-rear direction (see FIG. The moment load around the x axis (13), the moment load around the vertical direction (z axis in FIG. 13), and the translational load in the axial direction of the wheel (Fy in FIG. 13) are obtained from the detection value of the displacement sensor. Is impossible.
そこで、上記したモーメント荷重や軸方向の並進荷重を求めるために、回転軌道輪の軸端面での軸方向変位を検出する別の変位センサを、固定軌道輪のインナ側端部を閉塞するケース部材に増設することが考えられる(例えば、特願2005−266481号の図1及び図2、請求項3参照)。しかし、このように回転軌道輪の軸端面での軸方向変位を検出する変位センサを増設する手段では、回転軌道輪の軸端面が自由端となっている従動輪用の軸受装置には採用できるが、回転駆動輪の軸端面にドライブシャフトの等速ジョイントが連結される駆動輪用の軸受装置に採用することができないという欠点がある。また、従動輪用の軸受装置の場合でも、ABSセンサ等の荷重計測以外のセンサを装着し難くなるという欠点がある。
Therefore, in order to obtain the above-described moment load and axial translational load, another displacement sensor that detects axial displacement at the shaft end face of the rotating raceway is used as a case member that closes the inner end of the fixed raceway. (See, for example, FIGS. 1 and 2 and
本発明は、このような実情に鑑み、回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出するセンサだけで、車輪のモーメント荷重や軸方向の並進荷重を求められるようにして、駆動輪用にも適用可能な汎用性の高いセンサ付き転がり軸受装置を提供することを目的とする。 In view of such a situation, the present invention is capable of driving a wheel moment load and an axial translation load by using only a sensor that detects a physical quantity that changes in accordance with the displacement of the peripheral side surface of the rotating raceway. An object of the present invention is to provide a highly versatile rolling bearing device with a sensor that can be applied to a wheel.
本発明は、車体側との固定部分を有する固定軌道輪と、この固定軌道輪に対して同軸心状に配置されかつ車輪の取付部分を有する回転軌道輪と、これらの両軌道輪を相対回転自在とするために当該両軌道輪間に転動自在に設けられた複列の転動体と、前記回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出するために前記固定軌道輪に設けられた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、前記センサ装置は、前記回転軌道輪の周側面における軸方向で離れた位置の前記物理量をそれぞれ検出する第一及び第二センサ部材を備えており、これらの各センサ部材で検出された検出値の差に基づいて前記車輪に作用するモーメント荷重を算出する演算機能を有する制御装置に接続されていることを特徴とする。 The present invention relates to a fixed bearing ring having a fixed portion with respect to the vehicle body side, a rotating bearing ring arranged coaxially with respect to the fixed bearing ring and having a wheel mounting portion, and a relative rotation of these both bearing rings. A plurality of rolling elements provided between the two race rings so as to be freely movable, and the fixed race ring to detect a physical quantity that changes in accordance with the displacement of the peripheral side surface of the rotary race ring. In the rolling bearing device with a sensor provided with the provided sensor device, the sensor device detects the physical quantities at positions separated in the axial direction on the peripheral side surface of the rotating raceway, respectively. And is connected to a control device having a calculation function for calculating a moment load acting on the wheel based on a difference between detection values detected by each of the sensor members.
この場合、回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出する第一センサ部材と第二センサ部材が、回転軌道輪の周側面における軸方向で離れた位置の当該物理量を検出するので、その各センサ部材で検出された検出値の差に基づいて車輪に作用するモーメント荷重を制御装置によって算出することができる。
このように、回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出する第一及び第二センサ部材だけで、車輪のモーメント荷重を求めることができるので、そのモーメント荷重を測定するために回転軌道輪の軸端面の軸方向変位を検出するセンサを増設する必要がない。このため、ドライブシャフトの等速ジョイントが連結される駆動輪用の軸受装置にも適用することができ、また、ABSセンサ等の荷重計測以外のセンサを装着し易くなり、この点で汎用性の高いセンサ付き転がり軸受装置が得られる。
In this case, the first sensor member and the second sensor member that detect a physical quantity that changes in accordance with the displacement of the peripheral side surface of the rotating raceway ring detect the physical quantity at a position separated in the axial direction on the peripheral side surface of the rotating raceway ring. Therefore, the moment load acting on the wheel can be calculated by the control device based on the difference between the detection values detected by the sensor members.
In this way, since the moment load of the wheel can be obtained only by the first and second sensor members that detect the physical quantity that changes with the displacement of the peripheral side surface of the rotating raceway, in order to measure the moment load There is no need to add a sensor to detect the axial displacement of the shaft end face of the rotating raceway. For this reason, it can be applied to a bearing device for a drive wheel to which a constant velocity joint of a drive shaft is connected, and it becomes easy to mount a sensor other than a load measurement such as an ABS sensor. A high sensor rolling bearing device is obtained.
本発明の転がり軸受装置において、前記回転軌道輪が軸方向における同じ向きに変位した場合に前記各センサ部材が検出する検出値に差を生じさせるターゲット部が当該回転軌道輪に設けられている場合には、前記センサ装置は、その各センサ部材で検出された検出値の差に基づいて前記車輪に作用する軸方向の並進荷重を算出する演算機能を併有する前記制御装置に接続することができる。
この場合、各センサ部材が接続された制御装置により、その各センサ部材で検出された検出値の差に基づいて車輪に作用する軸方向の並進荷重をも算出できるようになる。このため、同じ各センサ部材による検出値に基づいて車輪のモーメント荷重と軸方向の並進荷重の双方を算出できるので、荷重測定のためのセンサ個数を可及的に抑えることができる。
In the rolling bearing device of the present invention, when the rotating raceway is provided with a target portion that causes a difference in detection values detected by the sensor members when the rotating raceway is displaced in the same direction in the axial direction. In addition, the sensor device can be connected to the control device having an arithmetic function for calculating an axial translational load acting on the wheel based on a difference between detection values detected by the sensor members. .
In this case, the control device to which each sensor member is connected can also calculate the axial translational load acting on the wheel based on the difference between the detection values detected by each sensor member. For this reason, since both the moment load of the wheel and the translational load in the axial direction can be calculated based on the detection values by the same sensor members, the number of sensors for load measurement can be suppressed as much as possible.
本発明において、上記ターゲット部としては、より具体的には、前記第一センサ部材の検出面に対向する環状の第一被検出部と、前記第二センサ部材の検出面に対向する環状の第二被検出部とを備えたものを採用することができる。
この場合、前記各被検出部として、前記回転軌道輪が軸方向における同じ向きに変位した場合に前記各センサ部材が検出する検出値を正負逆向きに変化させる形状及び配置となっているものを採用することが好ましい。
このような被検出部を採用すれば、第一センサ部材の検出値と第二センサ部材の検出値の差を取ることで、回転軌道輪の軸方向への単位並進量に対する検出値が増幅され、これによってセンサ装置全体としての軸方向変位の検出感度を高めることができる。
In the present invention, more specifically, as the target portion, an annular first detected portion that faces the detection surface of the first sensor member and an annular first portion that faces the detection surface of the second sensor member. A thing provided with two to-be-detected parts can be adopted.
In this case, as each said to-be-detected part, when the said rotating raceway is displaced to the same direction in an axial direction, what becomes the shape and arrangement | positioning which changes the detected value which each said sensor member detects to a positive / negative reverse direction. It is preferable to adopt.
If such a detected part is adopted, the detection value for the unit translation amount in the axial direction of the rotating raceway ring is amplified by taking the difference between the detection value of the first sensor member and the detection value of the second sensor member. As a result, the detection sensitivity of the axial displacement of the entire sensor device can be increased.
本発明において、更に具体的には、前記第一センサ部材は、前記回転軌道輪の前後にそれぞれ配置された第一前センサ及び第一後センサと、同回転軌道輪の上下にそれぞれ配置された第一上センサ及び第一下センサとから構成することができ、前記第二センサ部材は、前記回転軌道輪の前後にそれぞれ配置された第二前センサ及び第二後センサと、同回転軌道論の上下にそれぞれ配置された第二上センサ及び第二下センサとから構成することができる。 In the present invention, more specifically, the first sensor member is disposed above and below the rotating raceway, with a first front sensor and a first rear sensor respectively disposed before and after the rotating raceway. The second sensor member may be composed of a first front sensor and a second rear sensor respectively disposed before and after the rotating raceway, and the same orbital theory. The second upper sensor and the second lower sensor respectively disposed above and below the sensor.
この場合には、後の実施形態において詳述するが、上記各センサによる8つの検出値fi、ri、ti、bi、fo、ro、to及びboから得られる次の各式(1)〜(5)により、y軸方向の並進荷重Fyに対応する独立変数であるsFy、
z軸回りのモーメント荷重Mzに対応する独立変数であるsMz、
x軸回りのモーメント荷重Mxに対応する独立変数であるsMx、
z軸方向の並進荷重Fzに対応する独立変数であるsFz、及び、
x軸方向の並進荷重Fxに対応する独立変数であるsFxを、
それぞれ演算することができる。
なお、x軸は車輪の前後水平方向であり、y軸は車輪の左右水平方向(軸方向)であり、z軸は車輪の上下方向である(図13参照)。
sFy=(fi+ri+ti+bi)−(fo+ro+to+bo) ・・・(1)
sMz=−mz×kz ・・・(2)
sMx=mx×kx ・・・(3)
sFz=zi−mx×kx ・・・(4)
sFx=xi−mz×kz ・・・(5)
In this case, as will be described in detail later in the embodiment, the following are obtained from the eight detection values f i , r i , t i, b i , f o , r o , t o and b o by the above-described sensors. SFy, which is an independent variable corresponding to the translational load Fy in the y-axis direction, according to the expressions (1) to (5) of
sMz which is an independent variable corresponding to the moment load Mz around the z-axis,
sMx, which is an independent variable corresponding to the moment load Mx around the x-axis,
sFz which is an independent variable corresponding to the translational load Fz in the z-axis direction, and
sFx, which is an independent variable corresponding to the translation load Fx in the x-axis direction,
Each can be calculated.
The x axis is the horizontal direction of the wheel, the y axis is the horizontal direction (axial direction) of the wheel, and the z axis is the vertical direction of the wheel (see FIG. 13).
sFy = (f i + r i + t i + b i ) − (f o + r o + t o + b o ) (1)
sMz = −mz × kz (2)
sMx = mx × kx (3)
sFz = z i −mx × kx (4)
sFx = x i −mz × kz (5)
そして、後述の通り、上記した5つの独立変数sFx、sFy、sFz、sMx及びsMzは、車輪に作用する実際の荷重(5分力)であるFx、Fy、Fz、Mx及びMzと線形独立の関係にある(図12参照)。このため、それらの独立変数sFx、sFy、sFz、sMx及びsMzが求まれば、上記5分力Fx、Fy、Fz、Mx及びMzを未知数とした5元連立一次方程式を解くことにより、その5分力Fx、Fy、Fz、Mx及びMzを演算することができる。
従って、上記した各式(1)〜(5)と5元連立一次方程式を解く演算回路(ハードウェア)ないし制御プログラム(ソフトウェア)を、例えばECU等よりなる前記制御装置に設けることにより、各センサによる8つの検出値fi、ri、ti、bi、fo、ro、to及びboに基づいて、車輪に作用する実際の荷重Fx、Fy、Fz、Mx及びMzを求めることができる。
As described later, the five independent variables sFx, sFy, sFz, sMx, and sMz described above are linearly independent of Fx, Fy, Fz, Mx, and Mz that are actual loads (five component forces) acting on the wheels. There is a relationship (see FIG. 12). Therefore, once these independent variables sFx, sFy, sFz, sMx, and sMz are obtained, the quinary simultaneous linear equation with the five component forces Fx, Fy, Fz, Mx, and Mz as unknowns is solved. The component forces Fx, Fy, Fz, Mx and Mz can be calculated.
Therefore, each sensor is provided by providing an arithmetic circuit (hardware) or a control program (software) for solving the above-described equations (1) to (5) and a quinary simultaneous linear equation in the control device such as an ECU. Based on the eight detected values f i , r i , t i, b i , f o , r o , t o and b o , the actual loads Fx, Fy, Fz, Mx and Mz acting on the wheels are obtained. be able to.
本発明において、前記各センサ部材は一つのケース部材に取り付けられ、このケース部材が前記固定軌道輪のインナ側端部に取り付けられている構造とすることが好ましい。
この場合、各センサ部材を有するケース部材を固定軌道輪のインナ側端部に取り付けるだけで、その各センサ部材を固定軌道輪に取り付けることができるので、各センサ部材を個別に固定軌道輪に取り付ける必要がなく、しかも、固定軌道輪にセンサ装着用の貫通孔を設ける必要もない。また、ケース部材を固定軌道輪に取り付けることで、回転軌道輪に対する各センサ部材の位置決めが行えるため、この点でも組み立てが容易となる。
更に、この場合、各センサ部材は、回転軌道輪の軸方向中央部(軸受中心に近い部分)よりも外力に対する変形挙動が大きい回転軌道輪のインナ側端部の変形挙動に伴う物理量を検出することになるので、当該物理量の検出精度を高めることができる。
In the present invention, each of the sensor members is preferably attached to one case member, and the case member is preferably attached to an inner side end portion of the fixed raceway.
In this case, since each sensor member can be attached to the fixed track ring by simply attaching a case member having each sensor member to the inner end of the fixed track ring, each sensor member is individually attached to the fixed track ring. There is no need, and there is no need to provide a through hole for mounting the sensor on the fixed race. In addition, since the sensor member can be positioned with respect to the rotating raceway by attaching the case member to the fixed raceway, the assembly is also easy in this respect.
Furthermore, in this case, each sensor member detects a physical quantity associated with the deformation behavior of the inner end portion of the rotating raceway having a larger deformation behavior with respect to the external force than the axial center portion (portion close to the bearing center) of the rotating raceway. As a result, the detection accuracy of the physical quantity can be increased.
本発明において、各センサ部材を構成するセンサ要素は特に限定されないが、インダクタンス型の変位センサを採用することが好ましい。かかるインダクタンス型の変位センサは地磁気の影響を受け難いため、特に、進行方向を自由自在に変更して走行する自動車などの車両の場合には、地磁気の影響に伴うノイズによって制御が不安定性になるのを防止することができる。
また、前記インダクタンス型の変位センサを、独立した検出面を有する周方向で並ぶ複数のコイル素子を直列に連結することによって構成するようにすれば、一つの変位センサにおいて生じる磁束密度が高まり、ターゲット部とのギャップの検出感度を向上させることができる。
In the present invention, sensor elements constituting each sensor member are not particularly limited, but it is preferable to employ an inductance type displacement sensor. Since such an inductance-type displacement sensor is not easily affected by geomagnetism, particularly in the case of a vehicle such as an automobile that travels with its traveling direction freely changed, control becomes unstable due to noise caused by the geomagnetism. Can be prevented.
Further, if the inductance type displacement sensor is configured by connecting a plurality of coil elements arranged in the circumferential direction having independent detection surfaces in series, the magnetic flux density generated in one displacement sensor is increased, and the target is increased. The detection sensitivity of the gap with the part can be improved.
更に、本発明において、前記ターゲット部に設けられる各被検出部は、そのターゲット部の周方向に沿って形成された環状溝、突条又は互いに傾斜方向が異なる傾斜面によって構成することができ、また、周囲の構成材料と異なる透磁率を有する材質からなる環状帯部より構成することもできる。
前者の環状溝、突条又は傾斜面の場合には、後者の環状帯部に比べて、加工が簡単で製造コストが安価になるという利点があり、後者の場合には、前者に比べて、軸方向の単位移動量に対する物理量(例えば、インダクタンス型の変位センサの場合はインダクタンス)の変化が大きくなり、物理量の検出感度が高まるという利点がある。
Furthermore, in the present invention, each detected portion provided in the target portion can be constituted by an annular groove, a ridge formed along the circumferential direction of the target portion, or inclined surfaces having different inclination directions. Moreover, it can also be comprised from the cyclic | annular strip part which consists of material which has a magnetic permeability different from the surrounding structural material.
In the case of the former annular groove, ridge or inclined surface, compared to the latter annular band, there is an advantage that the processing is simple and the manufacturing cost is low. In the latter case, compared to the former, There is an advantage that the physical quantity (for example, inductance in the case of an inductance type displacement sensor) changes with respect to the unit movement amount in the axial direction, and the detection sensitivity of the physical quantity increases.
以上の通り、本発明によれば、回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出するセンサだけで、車輪のモーメント荷重や軸方向の並進荷重を求めることができるので、駆動輪用にも適用可能な汎用性の高いセンサ付き転がり軸受装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the moment load of the wheel and the translational load in the axial direction can be obtained only by the sensor that detects the physical quantity that changes with the displacement of the peripheral side surface of the rotating raceway. It is possible to provide a highly versatile rolling bearing device with a sensor that can also be applied to a vehicle.
〔軸受装置の全体構造〕
以下、本発明に係るセンサ付き転がり軸受装置(以下、単に「軸受装置」ともいう。)の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は本実施形態に係る軸受装置の側面断面図であり、図2はその軸受装置のセンサ部分の拡大断面図である。また、図3はその軸受装置をインナ側から見た図であり、図4は後述する蓋部材17を取り外した状態の軸受装置をインナ側から見た図である。なお、図1において、右側がアウタ側(車両の外側)であり、左側がインナ側(車両の内側)である。
[Overall structure of bearing device]
Hereinafter, embodiments of a rolling bearing device with a sensor according to the present invention (hereinafter, also simply referred to as “bearing device”) will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side sectional view of a bearing device according to the present embodiment, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of a sensor portion of the bearing device. 3 is a view of the bearing device as seen from the inner side, and FIG. 4 is a view of the bearing device as seen from the inner side with a
図1に示すように、本実施形態の軸受装置100は、筒状の外輪1と、この外輪1の内部に回転自在に挿通されている内軸2と、この内軸2のインナ側端部に外嵌された内輪部材3と、この内輪部材3のインナ側端部に外嵌されたターゲット部4と、周方向に並ぶ複数の玉からなる複列の転動体5,5とを備えたものであり、これらにより複列アンギュラ玉軸受部が構成されている。転動体5,5としての各列の玉は保持器6によって周方向に所定間隔で保持されている。
なお、本明細書において、軸受装置100の中心線Cに沿った方向をy軸方向とし、これに直交する紙面貫通方向の水平方向をx軸方向とし、y軸方向及びx軸方向に直交する鉛直方向をz軸方向と定義している。従って、図13に示すように、x軸方向は車輪の前後水平方向となり、y軸方向は車輪の左右水平方向(軸方向)となり、z軸方向は上下方向となる。
As shown in FIG. 1, the
In the present specification, the direction along the center line C of the
本実施形態の軸受装置100において、前記外輪1は車体側に固定される固定軌道輪とされている。他方、前記内軸2と内輪部材3とターゲット部4とが車輪側の回転軌道輪とされており、この固定軌道輪と回転軌道輪との間において前記複列の転動体5,5が転動自在に介在されている。これにより、固定軌道輪と回転軌道輪とは互いに同軸状に配置され、固定軌道輪に対して回転軌道輪が車輪(図13に示すタイヤ及びタイヤホイール)とともに回転自在となっている。
In the
回転軌道輪を構成する内軸2は、径方向外方へ延びるフランジ部7をアウタ側に有しており、このフランジ部7が車輪のタイヤホイールやブレーキディスクの取付部分となっている。このタイヤホイール等は図示しない取付ボルトによって当該フランジ部7に取り付けられる。内輪部材3は内軸2のインナ側に形成された段差部分に外嵌され、内軸2のインナ側端部に螺合したナット8によって内軸2に固定されている。そして、内軸2の外周面と内輪部材3の外周面とに、転動体5,5の内側軌道面9,9がそれぞれ形成されている。
The
固定軌道輪を構成する外輪1は、転動体5,5の外側軌道面10,10が内周面に形成された円筒状の本体筒部11と、この本体筒部11の外周面から径方向外方へ伸びるフランジ部12とを有している。このフランジ部12は、車体側部材である懸架装置が有するナックル(図示せず)に固定され、これによって当該軸受装置100が車体側に固定されるようになっている。
本実施形態の軸受装置100は、回転軌道輪に設けたターゲット部4の外周側面の変位に伴って変化する物理量(本実施形態では、ターゲット部4の外周側面とのギャップによって変化するインダクタンス)を検出するためのセンサ装置14と、このセンサ部材14を固定軌道輪である外輪1に取り付けるためのケース部材15とを備えている。
The outer ring 1 constituting the fixed raceway includes a cylindrical main body cylinder portion 11 in which outer raceway surfaces 10 and 10 of the rolling
The
〔ケース部材の構造〕
図1及び図2に示すように、上記ケース部材15は、短円筒状の筒部材16と円盤状の蓋部材17とで構成されている。筒部材16は軸方向に短い円筒状の金属部材よりなり、その一端側の開口部において、外輪1のインナ側端部に止めネジ18によって当該外輪1と同軸心状となるように固定されている。蓋部材17は、筒部材16の他端側の開口部を閉塞する部材であり、軸受装置100の内部への異物の侵入を防止するものである。
このケース部材15の筒部材16の内周側に、内軸2のインナ側端部に取り付けられたターゲット部4の外周側面とのギャップを検出するための前記センサ装置14が搭載されている。
[Case member structure]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
〔センサ装置の構造〕
図2及び図4に示すように、本実施形態のセンサ装置14は、ターゲット部4の外周側面における軸方向で離れた位置のギャップをそれぞれ検出する第一センサ部材21と第二センサ部材22とを備えている。なお、本明細書において、センサ装置14及びターゲット部4に関して、「第一」はインナ側を意味し、「第二」はアウタ側を意味する。
第一及び第二センサ部材21,22は、ターゲット部4の外周側面とのギャップの変化をインダクタンスの変化によって検出するインダクタンス型の変位センサよりなり、筒部材16の内周側に軸方向に離れた二列の状態で取り付けられたセンサリング23と、このセンサリング23の周方向に所定間隔おきに配置された複数(本実施形態では4つ)の変位センサ24とを備えている。各センサリング23は、筒状スペーサ25を介在させた状態で筒部材16の鍔部16aに対して止めネジ26で固定されている(図1参照)。
[Structure of sensor device]
As shown in FIGS. 2 and 4, the
The first and
第一及び第二センサ部材21,22の各変位センサ24は、前後及び上下の4カ所にそれぞれ設けられ、回転軌道輪のターゲット部4の外周側面とのx軸方向及びz軸方向におけるギャップの変化を検出できるように配設されている。
すなわち、インナ側の第一センサ部材21は、回転軌道輪の前後に配置された第一前センサ24f及び第一後センサ24rと、回転軌道輪の上下にそれぞれ配置された第一上センサ24t及び第一下センサ24bとを備えている。また、アウタ側の第二センサ部材22も、回転軌道輪の前後に配置された第二前センサ24f及び第二後センサ24rと、回転軌道輪の上下にそれぞれ配置された第二上センサ24t及び第二下センサ24bとを備えている。
The
That is, the inner side
これら8つの各変位センサ24(f,r,t,b)は、それぞれ、ターゲット部4に対する独立した検出面を有する周方向で近接して配置された一対のコイル素子27,27を直列に連結することによって構成されている。この一対のコイル素子27,27は、センサリング23の内周側から突設した一対の磁極28の周囲にコイルを巻き付けて構成されている。これらの磁極28はセンサリング23から径方向内方へ突出しており、その径内側の端面(検出面)が、ターゲット部4の外周側面に対して径方向の隙間を有して対向するように配置されている。
Each of these eight displacement sensors 24 (f, r, t, b) is connected in series with a pair of
このように、本実施形態の軸受装置100では、前後及び上下に配置された4つの変位センサ24を有する、軸方向で離れた第一及び第二センサ部材21,22がケース部材15に一体に搭載されたセンサユニットとなっているので、軸受装置100の組み立ての際に当該ケース部材15を外輪1のインナ側端部に取り付けるだけで、すべての変位センサ24を外輪1に取り付けることができる。このため、各変位センサ24を個別に外輪1に取り付ける必要がなく、しかも、外輪1にセンサ装着用の貫通孔を設ける必要もない。
また、ケース部材15を外輪1に取り付けることで、回転軌道輪のターゲット部4に対する各変位センサ24の周方向位置及び径方向位置がそれぞれ位置決めされるので、各変位センサ24をそれぞれ位置調整しながら取り付ける必要がなく、この点で軸受装置100の組み立てが極めて容易となっている。
As described above, in the
Further, by attaching the
また、ケース部材15に組み込まれた各変位センサ24は、回転軌道輪の軸方向中央部(図1に示す軸受中心Oに近い部分)よりも外力に対する変形挙動が大きい回転軌道輪のインナ側端部に位置するターゲット部4の変形挙動に伴うギャップを検出することになるので、当該ギャップの検出精度が高まるという利点がある。
更に、外輪1のインナ側端部にセンサ付きのケース部材15を取り付けた場合、外輪1のフランジ部12から比較的遠く離れた位置に変位センサ24が配置されることになるので、フランジ部12の周囲の歪の影響を受け難く、この点でギャップの変化を精度よく検出できるという利点もある。
Further, each
Furthermore, when the
図5(a)は本実施形態のセンサ装置14によるギャップの検出回路の一例を示している。同図に示すように各センサ部材21,22の変位センサ24のうち、上下方向で相対向するセンサ(図5では上センサと下センサ)24t,24bはそれぞれ発振器30に接続されており、この発振器30から一定周期の交流電流が各センサ24t,24bに供給される。なお、この各センサ24t,24bには同期用のコンデンサ31が並列に接続されている。
そして、本実施形態では、この各センサ24t,24bでの出力電圧(検出値)を差動アンプ32で差を取って上下方向の変位量に対応する出力電圧(検出値)とすることにより、温度ドリフトを取り除くようにしている。なお、図示していないが、水平方向で相対向するセンサについても、上記と同様に差動アンプで差を取ることによって温度ドリフトを取り除いている。
FIG. 5A shows an example of a gap detection circuit by the
In this embodiment, the output voltage (detection value) from each of the
ところで、インダクタンス型の変位センサ24では、コイルのインダクタンスをL、検出面の面積をA、透磁率をμ、コイルの巻き数をN、検出面からターゲット4までの間隔(ギャップ)をdとすると、次の式(a)が成立する。
L=A×μ×N2/d ・・・(a)
従って、ターゲット4までのギャップdが変化すると、変位センサ24のインダクタンスLが変化して出力電圧が変化するので、この出力電圧の変動を検出することにより、変位センサ24の検出面からターゲット部4までの径方向のギャップを検出することができる。
By the way, in the inductance
L = A × μ × N 2 / d (a)
Accordingly, when the gap d to the
そして、本実施形態では、ターゲット部4に対する独立した検出面を有する一対のコイル素子27を直列に連結することによって一つの変位センサ24を構成しているので、図5(b)に示すように、一つのコイル素子27で一つの変位センサ27を構成する場合に比べて発生する磁束密度がより高まっており、これにより、ターゲット部4とのギャップの検出感度をより向上させるようにしている。
And in this embodiment, since the one
〔ターゲット部の構造〕
図1及び図2に示すように、前記ターゲット部4は、内輪部材3のインナ側端部に外嵌して取り付けられた円筒部材よりなる。このターゲット部4の外周側面には、インナ側の第一センサ部材21の検出面(磁極28の先端面)に対向する環状の第一被検出部34と、アウタ側の第二センサ部材22の検出面に対向する環状の第二被検出部35とが設けられている。本実施形態では、これらの被検出部34,35は、ターゲット部4の周方向に沿って形成された第一及び第二環状溝により構成されている。
[Structure of the target part]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図2(b)に示すように、インナ側の第一環状溝34は、そのアウタ側の溝端面34aが第一センサ部材21の検出面A1の中心近傍に位置するように配置され、アウタ側の第二環状溝35は、そのインナ側の溝端面35aが第二センサ部材22の検出面A2の中心近傍に位置するように配置されている。
このため、回転軌道輪のターゲット部4が軸方向の例えばインナ側に距離δだけ変位したとすると、インナ側においては、第一センサ部材21と第一環状溝34との軸方向のラップ長が減少して、第一センサ部材21によるギャップの検出値が減少し、アウタ側においては、第二センサ部材22と第二環状溝35との軸方向のラップ長が増大して、第二センサ部材22によるギャップの検出値が増大する。
As shown in FIG. 2B, the inner-side first
For this reason, if the
同様に、回転軌道輪のターゲット部4が軸方向のアウタ側に距離δだけ変位したとすると、インナ側の第一センサ部材21によるギャップの検出値が増大し、アウタ側の第二センサ部材22によるギャップの検出値が減少する。
このように、本実施形態のターゲット部4は、回転軌道輪が軸方向における同じ向きに変位した場合には、第一及び第二センサ部材21,22が検出する検出値に差を生じさせる、軸方向に離れた一対の環状溝34,35を外周側面に備えている。
Similarly, if the
Thus, the
また、上述の通り、これらの環状溝34,35は、回転軌道輪が軸方向における同じ向きに変位した場合に各センサ部材21,22が検出する検出値を正負逆向きに変化させるように、センサ側に対する軸方向位置が設定されている。
従って、後述の制御装置37における検出値の演算方法でも明らかな通り、インナ側の第一センサ部材21の検出値とアウタ側の第二センサ部材22の検出値の差を取ることにより、回転軌道輪の軸方向への単位並進量に対する検出値が増幅され、これによってセンサ装置全体としての軸方向変位の検出感度を高めることができる。
Further, as described above, these
Accordingly, as is apparent from the calculation method of the detection value in the
なお、図2(b)に図示した配置とは逆に、インナ側の第一環状溝34を第一センサ部材21の検出面A1に対してアウタ側にずらし、アウタ側の第二環状溝35を第二センサ部材22の検出面A2に対してインナ側にずらして配置することにしてもよく、この場合でも上記と同様の作用効果が得られる。
前記第一及び第二センサ部材21,22を構成する各変位センサ24は、ケース部材15の蓋部材17を貫通する信号線36(図4参照)を介して例えば車体側のECU等よりなる制御装置37に接続されている。各センサから得られた出力電圧(検出値)は、その制御装置37において以下に述べる演算方法で演算され、これによって車輪に作用する各方向のモーメント荷重及び並進荷重が求められる。
In contrast to the arrangement shown in FIG. 2B, the inner-side first
The
〔各荷重の演算方法〕
以下、図6〜図13を参照しつつ、制御装置37で行われる荷重の演算方法について説明する。なお、図11はその制御装置37での演算方法を示すブロック図である。
[Calculation method for each load]
Hereinafter, the load calculation method performed by the
〔方向及びセンサ検出値の定義〕
図13に示すように、車輪の前後水平方向をx軸方向、車輪の左右水平方向(軸方向)をy軸方向、車輪の上下方向をz軸方向と定義する。
また、図6に示すように、インナ側(第一センサ部材21)のセンサの検出値に添え字「i」を使用し、アウタ側(第二センサ部材22)のセンサに添え字「o」を使用する。更に、前側のセンサの検出値を「f(front)」と定義し、後側のセンサの検出値を「r(rear)」定義し、上側のセンサの検出値を「t(top)」と定義し、下側のセンサの検出値を「b(bottom)」と定義する。
[Definition of direction and sensor detection value]
As shown in FIG. 13, the front-rear horizontal direction of the wheel is defined as the x-axis direction, the left-right horizontal direction (axial direction) of the wheel is defined as the y-axis direction, and the vertical direction of the wheel is defined as the z-axis direction.
Further, as shown in FIG. 6, the subscript “i” is used for the detection value of the sensor on the inner side (first sensor member 21), and the subscript “o” is used for the sensor on the outer side (second sensor member 22). Is used. Further, the detection value of the front sensor is defined as “f (front)”, the detection value of the rear sensor is defined as “r (rear)”, and the detection value of the upper sensor is defined as “t (top)”. The detection value of the lower sensor is defined as “b (bottom)”.
従って、第一及び第二センサ部材21,22に設けられた合計8つのセンサの検出値は、次のように定義される。
fi:第一前センサの検出値
ri:第一後センサの検出値
ti:第一上センサの検出値
bi:第一下センサの検出値
fo:第二前センサの検出値
ro:第二後センサの検出値
to:第二上センサの検出値
bo:第二下センサの検出値
Accordingly, the detection values of a total of eight sensors provided on the first and
f i : Detection value of the first front sensor r i : Detection value of the first rear sensor t i : Detection value of the first upper sensor b i : Detection value of the first lower sensor f o : Detection value of the second front sensor r o : detection value of the second rear sensor t o : detection value of the second upper sensor b o : detection value of the second lower sensor
〔y軸方向の並進荷重Fyに対応する独立変数(sFy)〕
図7(b)に示すように、車輪にy軸方向の並進荷重Fyが作用した場合、回転軌道輪はその荷重の向きに変位し、前記各環状溝34,35の位置が軸方向にずれる。このため、前記した通り、インナ側の各センサの検出値(本実施形態では出力電圧)fi、ri、ti、biは軸方向の移動量δの増大に伴っていずれも減少し、アウタ側の各センサの検出値fo、ro、to、boは軸方向の移動量δの増大に伴っていずれも増大する。
そこで、図7(b)に示すように、次の式(1)で算出されるsFyをy軸方向の並進荷重Fyに対応する独立変数として採用する(図11の演算ブロックB1参照)。
sFy=(fi+ri+ti+bi)−(fo+ro+to+bo) ・・・(1)
このように、インナ側の各センサの検出値とアウタ側の各センサの検出値の差を取ることで、回転軌道輪の軸方向への単位並進量に対するsFyが増幅されるので、センサ装置14全体としての軸方向変位の検出感度を高めることができる。
[Independent variable (sFy) corresponding to translational load Fy in the y-axis direction]
As shown in FIG. 7B, when a translational load Fy in the y-axis direction acts on the wheel, the rotating raceway is displaced in the direction of the load, and the positions of the
Therefore, as shown in FIG. 7B, sFy calculated by the following equation (1) is adopted as an independent variable corresponding to the translational load Fy in the y-axis direction (see the calculation block B1 in FIG. 11).
sFy = (f i + r i + t i + b i ) − (f o + r o + t o + b o ) (1)
Thus, by taking the difference between the detection value of each sensor on the inner side and the detection value of each sensor on the outer side, sFy with respect to the unit translation amount in the axial direction of the rotating raceway ring is amplified. The detection sensitivity of the axial displacement as a whole can be increased.
〔x軸方向変位とz軸方向変位〕
図11の演算ブロックB2に示すように、x軸方向については、前センサの検出値fと後センサの検出値rの差によってx軸方向変位の検出値とし、z軸方向については、上センサの検出値tと下センサの検出値bの差によってz軸方向変位の検出値とする。
前後のセンサの出力同士及び上下のセンサの出力同士では、それぞれ同じ方向に同じ量だけ温度の影響が出ることから、上記のように差を取ることによって温度ドリフトが取り除かれる。
[X-axis direction displacement and z-axis direction displacement]
As shown in the calculation block B2 in FIG. 11, in the x-axis direction, the detected value of the displacement in the x-axis direction is determined by the difference between the detected value f of the front sensor and the detected value r of the rear sensor. The detected value t and the detected value b of the lower sensor are used as a detected value of displacement in the z-axis direction.
Since the output of the front and rear sensors and the output of the upper and lower sensors are affected by the temperature in the same direction by the same amount, the temperature drift is eliminated by taking the difference as described above.
本発明ではインナ側とアウタ側に変位センサ24を配置しているので、次に示す通り、インナ側とアウタ側のそれぞれの位置において、x軸方向変位の検出値とz軸方向変位の検出値が得られる。
インナ側でのx軸方向変位の検出値 xi=fi−ri
インナ側でのz軸方向変位の検出値 zi=−ti+bi
アウタ側でのx軸方向変位の検出値 xo=fo−ro
アウタ側でのz軸方向変位の検出値 zo=−to+bo
In the present invention, since the
Detection values of the x-axis direction displacement at the inner side x i = f i -r i
Detected value of displacement in the z-axis direction on the inner side z i = −t i + b i
Detection values of the x-axis direction displacement at the outer side x o = f o -r o
Detected value of displacement in the z-axis direction on the outer side z o = −t o + b o
〔z軸回りのモーメント荷重Mzに対応する独立変数(sMz)〕
次に、図8に示すように、z軸回りのモーメント荷重Mzのみが作用する純モーメントの状態を仮定する。
この場合、軸受中心Oからインナ側センサ(第一センサ部材21)の検出位置までの軸方向距離をLi、軸受中心Oからアウタ側センサ(第二センサ部材22)の検出位置までの軸方向距離をLoとすると、z軸回りのモーメント荷重Mzに対応する検出値は、理論的には次の式で算出されるmzで求めることができ、このmzは、θが十分に小さい場合にはxiと一致する筈である。
mz=Li×tanθ
=Li×tan((xi−xo)/(Li−Lo))
[Independent variable (sMz) corresponding to moment load Mz around z-axis]
Next, as shown in FIG. 8, a pure moment state in which only the moment load Mz about the z-axis acts is assumed.
In this case, the axial distance from the bearing center O to the detection position of the inner sensor (first sensor member 21) is L i , and the axial direction from the bearing center O to the detection position of the outer sensor (second sensor member 22). If the distance is L o , the detected value corresponding to the moment load Mz around the z-axis can theoretically be obtained by mz calculated by the following equation. This mz is obtained when θ is sufficiently small. Should be consistent with x i .
mz = L i × tan θ
= L i × tan ((x i -x o ) / (L i -L o ))
しかし、実際には、ターゲット部4に環状溝34,35が形成されているため、図10(a)に示すように、mzはxiとは一致しない。この図10(a)は、z軸回りのモーメント荷重Mzのみを作用させた場合における、そのMzとmz及びxiの検出値との関係を示す直線グラフであり、このように、mzとxiの検出値の直線グラフは傾きが一致しない。
そこで、図10(c)に示すように、これらの傾きを一致させるために、xi直線の傾きをmz直線の傾きで除算して得られる補正係数kzを導入する。従って、次の式(2)に示す通り、この補正係数kzを上記したmzに乗じることで、z軸回りのモーメント荷重Mzに対応する独立変数sMzが得られる(図11の演算ブロックB3及びB4参照)。なお、右辺のマイナス(−)は、その他の独立変数(前記sFy及び後述のsMx等)と符号を一致させるためのものである。
sMz=−mz×kz ・・・(2)
However, actually, since the
Therefore, as shown in FIG. 10C, in order to make these inclinations coincide, a correction coefficient kz obtained by dividing the inclination of the xi line by the inclination of the mz line is introduced. Therefore, as shown in the following equation (2), by multiplying the above-described mz by the correction coefficient kz, an independent variable sMz corresponding to the moment load Mz around the z-axis is obtained (calculation blocks B3 and B4 in FIG. 11). reference). The minus (−) on the right side is for making the sign coincide with other independent variables (such as sFy and sMx described later).
sMz = −mz × kz (2)
〔x軸回りのモーメント荷重Mxに対応する独立変数(sMx)〕
x軸方向とz軸方向とは90度だけ座標変換した関係にある。従って、x軸回りのモーメント荷重Mxに対応する独立変数sMxは、前記sMzの場合と同様の考え方により、次の式(3)によって算出することができる。
sMx=mx×kx ・・・(3)
なお、上記式(3)におけるkxは、kzと同じ趣旨で導入した補正係数であり、zi直線の傾きをmx直線の傾きで除算して得られる補正係数である(図10(b)及び図10(c)参照)。
[Independent variable (sMx) corresponding to moment load Mx around x-axis]
The x-axis direction and the z-axis direction have a relationship obtained by coordinate conversion by 90 degrees. Therefore, the independent variable sMx corresponding to the moment load Mx around the x axis can be calculated by the following equation (3) based on the same concept as in the case of sMz.
sMx = mx × kx (3)
Incidentally, kx in the above formula (3) is a correction factor introduced in the same spirit as kz, the slope of z i straight is a correction coefficient obtained by dividing the slope of mx line (FIG. 10 (b) and (Refer FIG.10 (c)).
〔z軸方向の並進荷重Fzに対応する独立変数(sFz)〕
〔x軸方向の並進荷重Fxに対応する独立変数(sFx)〕
次に、図9に示すように、z軸回りのモーメント荷重Mzとともにx軸方向の並進加重Fxが作用する状態を仮定する。
この場合、インナ側でのx軸方向変位の検出値xiには、z軸回りのモーメント荷重Mzに対応する独立変数sMzの成分と、x軸方向の並進加重Fxに対応する独立変数sFxの成分が含まれている。従って、x軸方向の並進加重Fxに対応する独立変数sFxは、上記xiからsMzを差し引くことによって求めることができる。
なお、このことは、z軸方向の並進荷重Fzに対応する独立変数であるsFzの場合にも、同様に当てはまる。
[Independent variable (sFz) corresponding to the translational load Fz in the z-axis direction]
[Independent variable (sFx) corresponding to translation load Fx in the x-axis direction]
Next, as shown in FIG. 9, it is assumed that the translational load Fx in the x-axis direction acts together with the moment load Mz around the z-axis.
In this case, the detected value x i of the displacement in the x-axis direction on the inner side includes the component of the independent variable sMz corresponding to the moment load Mz around the z-axis and the independent variable sFx corresponding to the translational weight Fx in the x-axis direction. Contains ingredients. Thus, the independent variable sFx corresponding to translation weighted Fx in the x-axis direction can be determined by subtracting the sMz from the x i.
This also applies to the case of sFz, which is an independent variable corresponding to the translation load Fz in the z-axis direction.
従って、z軸方向の並進荷重Fzによる独立変数sFzと、x軸方向の並進荷重Fxによる独立変数sFxは、それぞれ次の式(4)及び式(5)で算出することができる(図11の演算ブロックB4参照)。
sFz=zi−mx×kx ・・・(4)
sFx=xi−mz×kz ・・・(5)
Therefore, the independent variable sFz due to the translational load Fz in the z-axis direction and the independent variable sFx due to the translational load Fx in the x-axis direction can be calculated by the following equations (4) and (5), respectively (FIG. 11). (See calculation block B4).
sFz = z i −mx × kx (4)
sFx = x i −mz × kz (5)
図12は、上記した式(1)〜(5)によって得られる各独立変数sFx、sFy、sFz、sMx及びsMzと、車輪に作用する実際の荷重であるFx、Fy、Fz、Mx及びMzとの対応関係を表すマトリックス図である。
すなわち、車輪に対して実際に負荷したFx、Fy、Fz、Mx及びMzを入力とし、式(1)〜(5)によって得られる各独立変数sFx、sFy、sFz、sMx及びsMzを出力として、それらの変数間の直線グラフをマトリックス化したものである。
FIG. 12 shows the independent variables sFx, sFy, sFz, sMx and sMz obtained by the above equations (1) to (5), and Fx, Fy, Fz, Mx and Mz which are actual loads acting on the wheels. It is a matrix figure showing the correspondence of these.
That is, Fx, Fy, Fz, Mx and Mz actually loaded on the wheel are input, and the independent variables sFx, sFy, sFz, sMx and sMz obtained by the equations (1) to (5) are output, It is a matrix of straight line graphs between these variables.
図12のマトリックス図に示すように、Fxに対してはsFxのみが傾きを有する直線グラフとなり、その他のFy、Fz、Mx及びMzには反応がなく、これと同様に、当該マトリックス図の対角部分だけが直線グラフになっている。従って、これら5つの独立変数sFx、sFy、sFz、sMx及びsMzは、車輪に作用する実際の荷重である5分力Fx、Fy、Fz、Mx及びMzと線形独立の関係にある。
このため、それらの独立変数sFx、sFy、sFz、sMx及びsMzが求まれば、車輪に作用する5つの荷重Fx、Fy、Fz、Mx及びMzを未知数とした5元連立一次方程式を解くことにより、その各荷重Fx、Fy、Fz、Mx及びMzを演算することができる。
As shown in the matrix diagram of FIG. 12, only sFx has a slope with respect to Fx, and the other Fy, Fz, Mx, and Mz have no reaction. Only the corner is a line graph. Therefore, these five independent variables sFx, sFy, sFz, sMx and sMz are in a linearly independent relationship with the five component forces Fx, Fy, Fz, Mx and Mz which are actual loads acting on the wheels.
Therefore, once these independent variables sFx, sFy, sFz, sMx and sMz are obtained, by solving the five-way simultaneous linear equations with five loads Fx, Fy, Fz, Mx and Mz acting on the wheels as unknowns, The respective loads Fx, Fy, Fz, Mx and Mz can be calculated.
本実施形態では、ECU等よりなる前記制御装置37には、上記した各式(1)〜(5)と5元連立一次方程式を解く演算回路(ハードウェア)ないし制御プログラム(ソフトウェア)が組み込まれている。このため、各センサによる8つの検出値fi、ri、ti、bi、fo、ro、to及びboに基づいて、車輪に作用する実際の荷重Fx、Fy、Fz、Mx及びMzを求めることができる。
In the present embodiment, the
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、図14(a)に示すように、ターゲット部4の環状溝34,35の部分に、周囲の構成材料よりも大きい(或いは小さい)透磁率を有する環状帯部39,40を設けることもできる。このような環状帯部39,40は、例えば鋼材の場合には、含有カーボン量を変えることで形成することができる。
また、ターゲット部4の被検出部としては、前記した環状溝34,35だけでなく、図14(b)に示すような突条41,42で構成することもできるし、図14(c)に示すような傾斜方向が互いに逆向きの傾斜面43,44で構成することもできる。なお、図14(c)の両傾斜面43,44は接合部分が谷形となっているが、その接合部分が山形となる両傾斜面とすることもできる。
更に、センサ装置14を構成する各センサ部材21,22は、ケース部材15ではなく、外輪1に直接取り付けるようにしてもよい。更に、上記実施形態では、軸受装置100の外周側の外輪1を固定軌道輪とし、内周側の内軸2等を回転軌道輪として構成されているが、内外を入れ替えて、内周側を固定軌道輪とし、外周側を回転軌道輪として構成することもできる。
The present invention is not limited to the above embodiment.
For example, as shown in FIG. 14A,
Moreover, as a to-be-detected part of the
Further, the
また、本発明のセンサ装置14はインダクタンス型の変位センサだけでなく、ギャップを検出できる非接触式のものであればその他の変位センサを採用することもできる。
更に、前記演算方法を行う制御装置37とこれに接続されるセンサ装置14は、車両用の転がり軸受装置だけでなく、例えば磁気軸受等の車両用以外の軸受装置に適用することもできる。図11に示す演算方法を行う制御装置37と、その演算を行うための前提となる軸方向二列配置のセンサ装置14は、複数のモーメント荷重や並進荷重を測定するニーズのある各種の軸受装置に採用することができる。
The
Furthermore, the
すなわち、本発明は、固定軌道輪と、この固定軌道輪に対して同軸心状でかつ回転自在に配置された回転軌道輪と、この回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出するために前記固定軌道輪に設けられたセンサ装置とを備えている転がり軸受装置に適用することができる。この場合、センサ装置は、回転軌道輪の周側面における軸方向で離れた位置の前記物理量をそれぞれ検出する第一及び第二センサ部材を備えた構成とし、この各センサ部材で検出された検出値に基づいて径方向に作用するモーメント荷重や軸方向の並進荷重を算出する前記した演算方法(例えば、図12に示す演算方法)を行う制御装置に接続すればよい。 That is, the present invention provides a fixed track ring, a rotating track ring coaxially and rotatably arranged with respect to the fixed track ring, and a physical quantity that changes with displacement of the peripheral side surface of the rotating track ring. The present invention can be applied to a rolling bearing device including a sensor device provided on the fixed raceway for detection. In this case, the sensor device includes a first sensor member and a second sensor member that detect the physical quantities at positions separated in the axial direction on the circumferential side surface of the rotating raceway, and the detection values detected by the sensor members. It is only necessary to connect to a control device that performs the above-described calculation method (for example, the calculation method shown in FIG. 12) for calculating the moment load acting in the radial direction and the translational load in the axial direction based on the above.
1 外輪(固定軌道輪)
2 内軸(回転軌道輪)
3 内輪部材(回転軌道輪)
4 ターゲット部
7 フランジ部(取付部分)
12 フランジ部(固定部分)
14 センサ装置
15 ケース部材
21 第一センサ部材
22 第二センサ部材
24 変位センサ
27 コイル素子
34 第一環状溝(第一被検出部)
35 第二環状溝(第二被検出部)
37 制御装置
1 Outer ring (fixed race)
2 Inner shaft (rotating raceway)
3 Inner ring member (rotating raceway)
4
12 Flange (fixed part)
35 Second annular groove (second detected part)
37 Controller
Claims (12)
前記センサ装置は、前記回転軌道輪の周側面における軸方向で離れた位置の前記物理量をそれぞれ検出する第一及び第二センサ部材を備えており、これらの各センサ部材で検出された検出値の差に基づいて前記車輪に作用するモーメント荷重を算出する演算機能を有する制御装置に接続されていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。 A fixed race ring having a fixed portion with respect to the vehicle body side, a rotating race ring disposed coaxially with respect to the fixed race ring and having a wheel mounting portion, and the two race rings to be relatively rotatable. A double-row rolling element provided between the two raceways and a sensor provided on the fixed raceway for detecting a physical quantity that changes with displacement of a peripheral side surface of the rotary raceway. A rolling bearing device with a sensor comprising:
The sensor device includes first and second sensor members that respectively detect the physical quantities at positions separated in the axial direction on the peripheral side surface of the rotating raceway, and detection values detected by the sensor members are detected. A sensor-equipped rolling bearing device connected to a control device having a calculation function for calculating a moment load acting on the wheel based on a difference.
前記センサ装置は、前記各センサ部材で検出された検出値の差に基づいて前記車輪に作用する軸方向の並進荷重を算出する演算機能を併有する前記制御装置に接続されている請求項1に記載のセンサ付き転がり軸受装置。 When the rotating raceway is displaced in the same direction in the axial direction, a target portion that causes a difference in detection values detected by the sensor members is provided in the rotating raceway,
The said sensor apparatus is connected to the said control apparatus which has the calculation function which calculates the axial translational load which acts on the said wheel based on the difference of the detected value detected by each said sensor member. The rolling bearing device with a sensor as described.
前記各被検出部は、前記回転軌道輪が軸方向における同じ向きに変位した場合に前記各センサ部材が検出する検出値を正負逆向きに変化させる形状及び配置となっている請求項2に記載のセンサ付き転がり軸受装置。 The target portion includes an annular first detected portion that faces the detection surface of the first sensor member, and an annular second detected portion that faces the detection surface of the second sensor member,
The said each to-be-detected part becomes a shape and arrangement | positioning which change the detected value which each said sensor member detects to a positive / negative reverse direction, when the said rotating raceway is displaced to the same direction in an axial direction. Rolling bearing device with sensor.
前記第二センサ部材は、前記回転軌道輪の前後にそれぞれ配置された第二前センサ及び第二後センサと、同回転軌道論の上下にそれぞれ配置された第二上センサ及び第二下センサとから構成されている請求項1〜3のいずれかに記載のセンサ付き転がり軸受装置。 The first sensor member includes a first front sensor and a first rear sensor respectively disposed before and after the rotating raceway, and a first upper sensor and a first lower sensor respectively disposed above and below the rotating raceway. Consisting of
The second sensor member includes a second front sensor and a second rear sensor respectively disposed before and after the rotating raceway, and a second upper sensor and a second lower sensor respectively disposed above and below the rotational trajectory. The rolling bearing device with a sensor in any one of Claims 1-3 comprised from these.
sFy=(fi+ri+ti+bi)−(fo+ro+to+bo) ・・・(1)
ただし、
x軸:車輪の前後水平方向
y軸:車輪の左右水平方向(軸方向)
z軸:車輪の上下方向
fi:第一前センサの検出値
ri:第一後センサの検出値
ti:第一上センサの検出値
bi:第一下センサの検出値
fo:第二前センサの検出値
ro:第二後センサの検出値
to:第二上センサの検出値
bo:第二下センサの検出値 The rolling bearing device with a sensor according to claim 4, wherein sFy calculated by the following equation (1) is an independent variable corresponding to the translational load Fy in the y-axis direction.
sFy = (f i + r i + t i + b i ) − (f o + r o + t o + b o ) (1)
However,
x-axis: front-rear horizontal direction of wheel y-axis: left-right horizontal direction (axial direction) of wheel
z axis: vertical direction of wheel f i : detected value of first front sensor r i : detected value of first rear sensor t i : detected value of first upper sensor b i : detected value of first lower sensor f o : detection values of the second front sensor r o: detection value of the second sensor after t o: detected values of the second upper sensor b o: detected values of the second lower sensor
sMz=−mz×kz ・・・(2)
sMx=mx×kx ・・・(3)
ただし、
mz=Li×tan((xi−xo)/(Li−Lo))
mx=Li×tan((zi−zo)/(Li−Lo))
xi=fi−ri
zi=−ti+bi
xo=fo−ro
zo=−to+bo
Li:軸受中心から第一センサ部材の検出位置までの軸方向距離
Lo:軸受中心から第二センサ部材の検出位置までの軸方向距離
kz:独立変数sMzに対する補正係数
kx:独立変数sMxに対する補正係数 SMz calculated by the following equation (2) is an independent variable corresponding to the moment load Mz around the z axis, and sMx calculated by the following equation (3) corresponds to the moment load Mx around the x axis. The rolling bearing device with a sensor according to claim 5, which is an independent variable.
sMz = −mz × kz (2)
sMx = mx × kx (3)
However,
mz = L i × tan ((x i −x o ) / (L i −L o ))
mx = L i × tan ((z i −z o ) / (L i −L o ))
x i = f i -r i
z i = −t i + b i
x o = f o -r o
z o = −t o + b o
L i : Axial distance from bearing center to detection position of first sensor member L o : Axial distance from bearing center to detection position of second sensor member kz: Correction coefficient for independent variable sMz kx: For independent variable sMx Correction factor
sFz=zi−mx×kx ・・・(4)
sFx=xi−mz×kz ・・・(5) SFz calculated by the following equation (4) is an independent variable corresponding to the translation load Fz in the z-axis direction, and sFx calculated by the following equation (5) corresponds to the translation load Fx in the x-axis direction. The rolling bearing device with a sensor according to claim 6, wherein the rolling bearing device is an independent variable.
sFz = z i −mx × kx (4)
sFx = x i −mz × kz (5)
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