JP2009036761A - Wheel speed sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、2007年7月5日に出願された米国仮特許出願第60/948097号に対する優先権を主張し、その内容は、参照により本書で援用され、本書の一部とされる。 This application claims priority to US Provisional Patent Application No. 60/948097, filed July 5, 2007, the contents of which are hereby incorporated by reference and made a part hereof.
車両(例えば、自動車やモーターサイクルである。)のホイール(車輪)の速度を知ることがしばしば必要とされる。例えば、アンチロックブレーキシステムは、ブレーキを解放し且つそのホイールが横滑りするのを防止するために、ホイールがいつ“ロック”しているかを知る必要がある。更に、ホイールの速度は、車両の速度を判定し且つ運転者にその速度を示すために、しばしば利用される。 It is often necessary to know the speed of the wheels of a vehicle (eg, an automobile or a motorcycle). For example, an anti-lock braking system needs to know when a wheel is “locked” in order to release the brake and prevent the wheel from skidding. Furthermore, the speed of the wheel is often used to determine the speed of the vehicle and indicate it to the driver.
ホイール速度を判定するための過去のシステムは、機械的なカプリング(例えば、スピードメータケーブル)又はセンサを用いた。センサを採用する典型的なシステムは、そのホイールに擦られるように結合される磁気リングを、そのリングからの磁場を検出し且つそのホイールの速度を判定するためのホールセンサと共に用いた。
これらのセンサベースのシステムは、巨大なサイズ、及び、正確な摩擦結合を実現するため、また、そのセンサをその磁場内に正確に位置付けるための取り付けにおける困難性を含む、種々の欠点を有する。 These sensor-based systems have various drawbacks, including huge size and difficulty in mounting to achieve accurate frictional coupling and to accurately position the sensor in its magnetic field.
本発明の態様は、第一レース(案内溝)、第二レース、その第一レースをその第二レースから切り離す複数のボールベアリング、及び、その第二レースに結合されるトーンホイールを有するベアリングを含む速度センサアセンブリに関する。その速度センサアセンブリはまた、その第一レースに隣接するスペーサ、及び、そのトーンホイールに隣り合って位置付けられるセンサを含む。そのセンサは、そのホイールの回転速度を判定するために、そのトーンホイールの回転を検出するよう構成される。 Aspects of the present invention include a first race (guide groove), a second race, a plurality of ball bearings for separating the first race from the second race, and a bearing having a tone wheel coupled to the second race. Including a speed sensor assembly. The speed sensor assembly also includes a spacer positioned adjacent to the first race and a sensor positioned adjacent to the tone wheel. The sensor is configured to detect rotation of the tone wheel to determine the rotational speed of the wheel.
本発明の別の態様は、ホイール速度センサの製造方法に関する。その方法は、トーンホイールをキャリアに取り付ける行為、そのキャリアをベアリングの第一レースに圧入する行為、そのキャリアに隣り合うベアリングの第二レースにフリンジャを圧入する行為、そのベアリングを車軸に取り付ける行為、及び、そのフリンジャに隣り合う第二レースにスペーサを隣接させる行為を含む。そのスペーサは、そのホイールの回転速度を判定するために、そのトーンホイールの回転を検出するよう構成されるセンサを含む。 Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a wheel speed sensor. The method includes the act of attaching the tone wheel to the carrier, the act of pressing the carrier into the first race of the bearing, the act of pressing the fringer into the second race of the bearing adjacent to the carrier, the act of attaching the bearing to the axle, And the act which makes a spacer adjoin the 2nd race adjacent to the flinger is included. The spacer includes a sensor configured to detect rotation of the tone wheel to determine the rotational speed of the wheel.
本発明の更なる態様は、上述のようなホイール速度センサを組み込んだモーターサイクルに関する。そのモーターサイクルは、フロントホイールアセンブリ、リアホイールアセンブリ、及び、ホイール速度センサを含む。そのホイール速度センサは、第一レース、複数のボールベアリングによってその第一レースから分離する第二レース、その第二レースに圧入されるキャリア、及び、そのキャリアに取り付けられるトーンホイールを有するベアリングを含む。そのホイール速度センサはまた、その第一レースに隣接するスペーサ、及び、そのスペーサに取り付けられるセンサを含む。そのフロントホイールアセンブリ及びそのリアホイールアセンブリの少なくとも一つは、そのホイール速度センサを含む。そのセンサは、それぞれのホイールアセンブリにおけるホイールの回転速度を判定するために、そのトーンホイールの回転を検出するよう構成される。 A further aspect of the invention relates to a motorcycle incorporating a wheel speed sensor as described above. The motorcycle includes a front wheel assembly, a rear wheel assembly, and a wheel speed sensor. The wheel speed sensor includes a bearing having a first race, a second race separated from the first race by a plurality of ball bearings, a carrier press-fit into the second race, and a tone wheel attached to the carrier. . The wheel speed sensor also includes a spacer adjacent to the first race and a sensor attached to the spacer. At least one of the front wheel assembly and the rear wheel assembly includes the wheel speed sensor. The sensor is configured to detect rotation of the tone wheel to determine the rotational speed of the wheel in each wheel assembly.
本発明の他の態様は、詳細な説明及び添付図面を考慮することで明らかとなる。 Other aspects of the invention will become apparent by consideration of the detailed description and accompanying drawings.
本発明を理解するために、それは、一例として、添付図面を参照しながら、ここで説明される。 In order to understand the present invention, it will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.
本発明の何れの実施例もが詳細に説明される前に、本発明は、その適用において、以下の記載で説明される、或いは、以下の図面で図解される構造の詳細及び構成要素の配置に限定されないことが理解されるべきである。本発明は、別の実施例を実現可能であり、また、種々の方法で、実施され、或いは、実行され得る。また、本書で用いられる表現及び専門用語は、説明を目的としたものであり、限定的なものとされるべきではないことが理解されるべきである。本書で用いられる用語“第一”、“第二”、“第三”等は、説明のみを目的としたものであり、如何なる方法においてもそれら実施例を限定するものではない。更に、本書で用いられる用語“複数”は、選言的或いは連言的に、必要に応じて、無限数までの、一より大きな何れかの数を示す。本書における“含む”、“有する”又は“持つ”及びそれらの変形の使用は、その後に列挙されるアイテム及びそれらの均等物、並びに、追加的なアイテムを包含することを意味する。特定或いは限定されない限り、用語“取り付けられ”、“接続され”、“支持され”及び“結合され”並びにそれらの変形は、広い意味で用いられ、取り付け、接続、支持及び結合における直接的なもの及び間接的なものの双方を包含する。更に、“接続され”及び“結合され”は、物理的又は機械的な接続又は結合に限定されるものではない。更に、“隣り合う(隣接する)”は、隣り合う要素の間に一以上の要素が不在であることの暗示を意図したものではない。 Before any embodiment of the present invention is described in detail, the present invention, in its application, will be described in the following description or the structural details and component arrangements illustrated in the following drawings. It should be understood that the invention is not limited to. The invention is capable of other embodiments and of being practiced or carried out in various ways. It is also to be understood that the expressions and terminology used in this document are for purposes of explanation and should not be taken as limiting. The terms “first”, “second”, “third”, etc. used herein are for illustrative purposes only and do not limit the examples in any way. Further, the term “plurality” as used herein refers disjunctively or conjunctively to any number greater than one, up to an infinite number as required. The use of “including”, “having” or “having” and variations thereof herein is meant to encompass the items listed thereafter and their equivalents, as well as additional items. Unless specified or limited, the terms “attached”, “connected”, “supported” and “coupled” and variations thereof are used in a broad sense and are direct in attachment, connection, support and coupling Including both indirect and indirect. Further, “connected” and “coupled” are not limited to physical or mechanical connections or couplings. Further, “adjacent (adjacent)” is not intended to imply that one or more elements are absent between adjacent elements.
本発明の実施例は、ホイールベアリングに組み込まれたエンコーダ、及び、ホイールスペーサに組み込まれた磁気抵抗(MR)センサ(例えば、異方性MRセンサ)を有するホイール速度センサを含む。そのホイール速度センサは、比較的小さく、また、モーターサイクルに取り付けられたときに実質的に視界から隠されるものとなり得る。 Embodiments of the present invention include a wheel speed sensor having an encoder incorporated in a wheel bearing and a magnetoresistive (MR) sensor (eg, an anisotropic MR sensor) incorporated in a wheel spacer. The wheel speed sensor is relatively small and can be substantially hidden from view when mounted on a motorcycle.
図1及び2は、本発明に従ったホイールベアリング100の一つの典型的な実施例を図解する。ホイールベアリング100は、静止した車軸に取り付けられ、且つ、そのベアリングに取り付けられたホイールが最小限の摩擦で回転できるように構成される。ホイールベアリング100は、2005年3月18日に出願された米国仮特許出願第60/663355号の利益を主張する、2006年3月6日に出願された国際出願第PCT/WO2006−097092号に記載されるベアリングのように、アウターレース(外輪)105、インナーレース(内輪)110、インナーリング115、ベアリングケージ120、複数のボールベアリング125、第一インナーシール130、第二インナーシール135、エンコーダ140、及び、フリンジャ145を含む。なお、それら文書の双方における全ての内容は、参照により本書に援用され、また、本書の一部とされる。
1 and 2 illustrate one exemplary embodiment of a wheel bearing 100 according to the present invention. The wheel bearing 100 is mounted on a stationary axle and is configured so that the wheel mounted on the bearing can rotate with minimal friction. Wheel bearing 100 is disclosed in International Application No. PCT / WO2006-097092 filed March 6, 2006, which claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 60 / 663,355, filed March 18, 2005. Outer race (outer ring) 105, inner race (inner ring) 110,
インナーリング115及びケージ120は、ホイールベアリング100の円周の周りの適当な位置にボールベアリング125を維持する。ボールベアリング125は、アウターレース105とインナーレース110との間に定義される環状の空間203内に位置付けられる。更に、第一インナーシール130及び第二インナーシール135は、ホイールベアリング100の一方の側に防水シールを形成するよう機能し、混入物質が内部の空間203に入るのを防止する。
図3は、エンコーダ140の一実施例を図解する。エンコーダ140は、トーンホイール150及びキャリア155を含む。実施例によっては、キャリア155に結合され得る、或いは、トーンホイール150と一体的に形成され得る密封要素160を、エンコーダ140が含んでいてもよい。他の実施例においては、エンコーダ140は、密封要素を含まない。図示された実施例では、キャリア155は、リングとして形成され、かつ、全体的にL字形を有する。キャリア155は、トーンホイール150によって生成される磁束のできるだけ多くをセンサの方へ向けるために、比較的高い透磁率を有するよう構成される。一実施例においては、American Iron and Steel Institute of Society of Automotive Engineers(AISI/SAE)1000シリーズの鋼鉄である、例えば、ANSI1006、1008、1010、1018のような、磁気コア適用に相応しい鉄分の多い鋼鉄が、高い透磁率を提供するために用いられ得る。
FIG. 3 illustrates one embodiment of the
エンコーダ140の0Hz周波数動作範囲において、キャリア155にしっかりと(空隙なしで)結合されたエンコーダ140と共にこれら材料の一つを用いることにより、キャリア155の比透磁率は、2000以上になり得る。シリコン鋼(SiFe)又はコバルト鋼(CoFe)の他に、高い透磁率を持つ他の幅広い材料もまた、高い透磁率を提供するために用いられてもよい。キャリア155は、少なくとも−40℃から少なくとも150℃までの温度に耐えることができ、また、SAE1008鋼又は他の適切な材料を用いて構成され得る。キャリア155は、アウターレース105に圧入され、かつ、アウターレース105の内径よりも僅かに大きな外径を有する。それら径における差は、キャリア155をアウターレース105内の適切な位置に保持し、また、キャリア155をアウターリング105と共に回転させる。実施例によっては、アウターレース105が静止し、かつ、インナーレース110が回転する場合に、キャリア155がインナーレース110に圧入される。
By using one of these materials with the
図示された実施例では、トーンホイール150は、42.15mm±1mmのリード直径、5.0mm±0.1mmの高さ、及び、0.8mm±0.1mmの厚みを有するリングである。そのリード直径は、トーンホイールの中心(すなわち、トーンホイール150の外径とトーンホイール150の内径との中間である。)における直径である。トーンホイール150は、トーンホイール150の円周の周りで互いに等距離に間隔を空けられた33対の磁極(すなわち、66個の双極子)を含み、2.1mmの距離のところで、少なくとも1.2ミリテスラ(mT)の磁束を提供する。この実施例では、それら極対は、左右対称の磁束密度を有し、MRセンサが、トーンホイール150がそのセンサを過ぎて回転しているときに、50%の名目上のデューティサイクルを有する信号を生成するようにし、一旦構築されたならば、そのデューティサイクルは極めて安定的であり、一回転当たりで5%を超えて変化することはない。トーンホイール150は、少なくとも−40℃から120℃の温度範囲において、25℃を上回るところで1℃当たり0.2%未満の信号劣化で動作でき、120℃未満のところで検出可能なポールトゥポールドロップアウトを有さない。更に、トーンホイール150は、永久的な損傷を受けることなく、150℃までの温度に耐えることができる。トーンホイール150は、ニトリルゴム(NBR)又は高飽和NBR(HNBR)のような適切な材料を用いて構成され得る。他の実施例では、トーンホイール150は、異なる数及び/又は構成の双極子を有していてもよく、また、異なる磁気特性を有していてもよい。
In the illustrated embodiment, the
トーンホイール150は、エンコーダ140を形成するために、適切な接着剤を用いてキャリア155に取り付けられる。そして、エンコーダ140は、トーンホイール150のアウターサイド200が、ベアリング100のインナーレース110におけるアウターエッジ205から1.55mm±0.09mmの深さとなるように、ベアリング100に挿入される(すなわち、キャリア155が上述のようにアウターレース105に圧入される。)。インナーレース110におけるアウターエッジ205に対する、トーンホイール150におけるアウターサイド200の深さは、ベアリング100の周りで均一であり、結果として0.1mm±0.01mmの相対平坦度を持つトーンホイール150をもたらす。図1及び2で示されるように、トーンホイール150の全体は、インナーレース110とアウターレース105との間で、インナーレース110におけるアウターエッジ205、及び、アウターレース105におけるアウターエッジ207の双方の内側に定義される環状空間203内に位置付けられ、アウターエッジ205、207とトーンホイール150の外面との間に空間を残す。
図4は、フリンジャ145の実施例を図解する。フリンジャ145は、全体的にL字形を有するリングとして形成され、また、密封要素210及び支持要素215を含む。図示された実施例では、フリンジャ145は、インナーレース110に圧入され、また、インナーレース110の外径より僅かに小さな内径を有する。それら径の差は、インナーレース110上の適切な位置にフリンジャ145を保持する。フリンジャ145は、ホイールベアリング100の外部からトーンホイール150を分離するため、また、トーンホイール150を保護するために、トーンホイール150の外側に位置付けられる。一実施例では、そのフリンジャは、できるだけその磁場に対して不活性となるよう設計され、一方でまた、そのセンサとその双極子との間の磁性物質の摩耗又はビルドアップ(積層)からその磁性面を保護するのに役立つ。透磁率は、フリンジャ145のベント(湾曲)のところで増大する。従って、フリンジャ145は、真っ直ぐとなるよう、かつ、トーンホイール150とセンサ(後述)との間でベントを持たないよう形成される。トーンホイール150によって生成され、且つ、そのセンサによって検出される磁束に対してフリンジャ145がほとんど影響を及ぼさない、或いは、全く影響を及ぼさないようにするためである。密封要素210は、可撓性の水密シールを提供するための適切な材料(例えば、ニトリルゴム)によって構成され得る。支持部材215は、SAE304ステンレス鋼及びオーステナイト系ステンレス鋼又は他の適切な材料のような比較的低い透磁率を有する材料によって構成され得る。そのような鋼は、冷間加工されたときに磁気特性を示し得るが、1.01に達するほどの極めて低い比透磁率を有する。他の低透磁率の材料が用いられてもよい。実施例によっては、フリンジャ145は、インナーレース110よりもむしろ、アウターレース105に圧入される。例えば、フリンジャ145は、アウターレース105が静止し且つインナーレース110が回転する実施例においては、アウターレース105に圧入されてもよい。更に、実施例によっては、フリンジャ145は、トーンホイール150と同じレース105、110に結合されてもよい。
FIG. 4 illustrates an embodiment of the
図5は、ホイールベアリング100と関連する使用に適したホイールスペーサ/センサアセンブリ243の一実施例を図解する。ホイールスペーサ/センサアセンブリ243は、ホイールスペーサ245及びそれに接続されるセンサ250を含む。一実施例では、センサ250は、(ハネウェル社製モデルVF401のような)異方性磁気抵抗(MR)センサ250である。ホイールスペーサ245は、適切な材料を用いて高い耐性を持つよう機械加工され得る。センサ250は、(例えば、接着剤を用いて)スペーサ245に取り付け可能であり、また、スペーサ245の一部は、ンサ250を保護するために、センサ250を含め、(247として示されるように)外側被覆され得る。実施例によっては、センサ250は、外側被覆によってホイールスペーサ245に取り付けられ得る。そのスペーサにセンサ250を取り付けることは、複数の利点をもたらし得る。例えば、そのスペーサは、極めて堅いマウントを形成し、また、既存のデバイスで見られる多数のブラケットの必要性を除去する。更に、この取り付け構成は、センサ250及びエンコーダ140が同じ基準(例えば、その車軸の中心線)から参照されるように、センサ250を調整するのに役立つ。更に、この取り付け構成は、他の既存の取り付け構成によってそのシステムに投入され得る二次的な振動パターンを避けるのに役立つ。
FIG. 5 illustrates one embodiment of a wheel spacer /
以下でより詳細に説明されるように、磁場がセンサ250を通過すると、その磁場の極性に基づいてセンサ250の抵抗が変化し、センサ250に二つの電流レベルのうちの一つを有する信号を出力させる。センサ250は、例えば、4.5Vdcから16.5Vdcまでの範囲にある入力電圧で機能し得る。実施例によっては、入力電圧は、約14.2Vdcである。センサ250が出力する電流信号は、14.0mA±20%の高信号と7.0mA±20%の低信号との間を変化し、0Hzから約2000Hzまでの範囲の周波数を有する方形波電流信号をもたらす。図9は、そのような方形波信号の例を図解する。他の実施例では、ホール型センサがベアリング100で用いられ得る。ホールセンサの組み込みは、極の数や極当たりの磁束密度の変更、又は、そのエンコーダからそのセンサまでの距離の調整のような設計変更を必要とする場合がある。新しいアルゴリズムが、この目的のため(例えば、より低い速度におけるより低い忠実度を許容するため)、適用されなければならない場合もある。
As described in more detail below, as a magnetic field passes through
図6は、上述のようなセンサ250と共に用いられるセンサ回路300の一実施例の回路図である。センサ250の第一リード305は、電源310(例えば、モーターサイクル用バッテリのプラス端子)に結合される。センサ250の第二リード315は、電流検出抵抗325の第一リード320に結合される。電流検出抵抗325の第二リード330は、グラウンドに結合される。図示された実施例では、電流検出抵抗325の抵抗は、100Ωから300Ωまでの範囲内である。更に、センサ250の第二リード315は、並列接続された蓄電器340(例えば、1000pF)及び抵抗345(10kΩ)を含むフィルタ回路335に結合される。フィルタ回路335はまた、グラウンドに結合される。当然のことながら、そのセンサ回路は、他の実施例では異なる構成を有し得る。
FIG. 6 is a circuit diagram of one embodiment of a
電流検出抵抗325は、センサ250からの方形波電流信号を方形波電圧信号に変換する。実施例によっては、その方形波電圧信号は、方形波の低い部分に対して約0.7Vdcから約2.1Vdc(すなわち、7mA×100Ωから7mA×300Ω)の範囲を有し、方形波の高い部分に対して約1.4Vdcから約4.2Vdc(すなわち、14mA×100Ωから14mA×300Ω)の範囲を有する。
The
エンジンコントロールユニット(ECU)又は他のコントローラ(例えば、アンチロックブレーキシステムコントローラ)は、その方形波電圧信号を受け、且つ、そのホイールの速度を判定するためにその信号の周波数を測定する。そのコントローラは、とりわけ、ブレーキ中にそのホイールがロックするのを防止するために(すなわち、アンチロックブレーキのために)、或いは、運転者に車両速度の表示を与えるために、そのホイールの速度を利用し得る。 An engine control unit (ECU) or other controller (eg, anti-lock brake system controller) receives the square wave voltage signal and measures the frequency of the signal to determine the wheel speed. The controller, among other things, adjusts the speed of the wheel to prevent it from locking during braking (ie for anti-lock braking) or to give the driver an indication of vehicle speed. Can be used.
図7及び8A〜8Cは、トーンホイール150及びセンサ250の働きを図解する。図7で示されるように、トーンホイール150は、センサ250に対して(例えば、矢印の方向に)回転し、トーンホイール150に位置付けられた複数の磁極対360がセンサ250を通過するようにし、極対360によってもたらされる磁場にセンサ250を晒す。図1〜6で示される実施例では、トーンホイール150は、ベアリング100のアウターレース105と共に回転するが、当然のことながら、他の実施例では、そのトーンホイールが異なるように取り付けられてもよい。例えば、静止したトーンホイールに対してセンサ250が回転するよう構成され、(その出力におけるローカルレシーバへの且つローカルレシーバからの同様の遷移に加えて)そのセンサに電力を供給するための無線周波数(RF)源の使用を含むことが考えられる。
7 and 8A-8C illustrate the operation of
図8A〜8Cで示されるように、それらの磁場は、極対360間に延び、極対360のそれぞれで相対的に垂直な場として始まり(図8B)、極対360間で相対的に平行な場に変わる(図8C)。ベアリング100及びホイールスペーサ/センサアセンブリ243が(以下に記載するように)相互に隣り合って位置付けられた場合、センサ250は、(図8Cで示されるように)その平行な場で中央となるように位置付けられる。トーンホイール150は、十分な磁場を提供するように寸法が決められる。公差や熱に起因する変化がセンサ250を磁場の外に出してしまうことがないようにするためである。更に、この構成は、運転中におけるトーンホイール150又はセンサ250の振動に対する天然のフィルタを提供する。
As shown in FIGS. 8A-8C, their magnetic fields extend between pole pairs 360 and begin as relatively perpendicular fields in each of the pole pairs 360 (FIG. 8B) and are relatively parallel between pole pairs 360. It turns into a new place (FIG. 8C). When the
図9で示すように、センサ250は、極対360がセンサ250を通り過ぎるときに、方形波電流信号を出力する。センサ250の出力信号は、その垂直磁場(図8B)がセンサ250を通り過ぎるときに、変化する。N極の垂直磁場がセンサ250を通り過ぎると、センサ250は、7mAの出力信号に遷移する。S極の垂直磁場がセンサ250を通り過ぎると、センサ250は、14mAの出力信号に遷移する。センサ250によって出力されるその方形波の周波数は、ベアリング100のアウターレース105の回転速度、ひいては、ベアリング100に結合されるホイールの回転速度に対応する。図示された実施例では、トーンホイール150が33個の極対360を含むという事実によって、センサ250の出力の周波数は、アウターレース105の完全な回転の数を判定するために、33で割られる。そして、その回転の数は、速度を得るために、時間に対して(例えば、一分間当たりの回転数が)判定される。当然のことながら、ホイール速度を決定するための計算は、トーンホイール150が異なる数の極対を有するのであれば、必要に応じて変えられる。
As shown in FIG. 9, the
ホイール速度センサ250の動作中、センサ250の出力信号は、最大で±2%の単一ピッチ誤差、及び、動作周波数範囲(例えば、0Hz〜2000Hzである。)及び動作温度範囲(例えば、−40℃〜120℃である。)全体に亘って5%の最大総ピッチ誤差を有する。
During operation of the
単一ピッチ誤差(SPE)は、トーンホイール150の一回の完全回転に対する、全ての周期長の平均値(Tavg)からの個々の周期長(Tn)のパーセント偏差として定義される。単一周期長は、磁極対360の回転によって生成されたときに、センサ250の一つの単一パルスの長さを指す。
Single pitch error (SPE) is defined as the percentage deviation of the individual period lengths (T n ) from the average value of all period lengths (T avg ) for one full rotation of the
従って、その単一ピッチ誤差は、SPE(%)=[(Tn−Tavg)/Tavg]×100である。 Therefore, the single pitch error is SPE (%) = [(T n −T avg ) / T avg ] × 100.
総ピッチ誤差(TPE)は、トーンホイール150の一回の完全回転に対する、最大個別周期長(Tmax)と最小個別周期長(Tmin)との間の差として定義される。
Total pitch error (TPE) is defined as the difference between the maximum individual period length (T max ) and the minimum individual period length (T min ) for one full rotation of the
単一周期長は、磁極対360の回転によって生成されたときに、センサ250の一つの単一パルスの長さを指す。
Single cycle length refers to the length of one single pulse of
従って、その総ピッチ誤差は、TPE(%)=(Tmax%−Tmin%)である。 Therefore, the total pitch error is TPE (%) = (T max % −T min %).
隣り合う極対360におけるその総ピッチ誤差の偏差は、5%を超えることがない。従って、一つの極が+3%のピッチ誤差を有する場合、それに隣り合う極対は、−2%を超えるピッチ誤差を持ち得ない。 The deviation of the total pitch error between adjacent pole pairs 360 does not exceed 5%. Therefore, if one pole has a pitch error of + 3%, the pole pair adjacent to it cannot have a pitch error of more than -2%.
図10〜12は、ホイール速度センサを有するホイールベアリング100の一実施例を組み込んだモーターサイクル500の斜視図、背面図及び上面図を図解する。モーターサイクル500は、ドライブアセンブリ505、フレーム510、フロントフォークアセンブリ515、スイングアーム又はリアフォークアセンブリ520、フロントホイール525、リアホイール530、シート535、及び、燃料タンク540を含む。フレーム510は、ドライブアセンブリ505、フロントフォークアセンブリ515、リアフォークアセンブリ520、シート535、及び、燃料タンク540を支持する。フロントフォークアセンブリ515は、モーターサイクル500の前部のところで枢動可能に支持され、そして、フロントホイール525を支持する。フロントフォークアセンブリ515は、モーターサイクル500を操舵するための一対のハンドルバー545を含む。リアフォークアセンブリ520は、モーターサイクル500の後部のところでフレーム510に結合され、そして、リアホイール530を回転可能に支持する。シート535は、フレーム510に結合され、且つ、ライダーを支持するために構成される。燃料タンク540は、フレーム510によって支持され、そして、燃料をドライブアセンブリ505に供給する。
FIGS. 10-12 illustrate perspective, rear and top views of a
ドライブアセンブリ505は、エンジン550及びトランスミッション555を含む。エンジン550及びトランスミッション555は、ドライブアセンブリ505における別個独立の構成要素を構成する。エンジン550は、クランクシャフトのような出力シャフト(図示せず。)を含み、それは、従来の方法でトランスミッション555に動力を供給すべくプライマリチェーン(図示せず。)を駆動するためのプライマリドライブスプロケット(図示せず。)を含む。
フロントホイール525及びリアホイール530は、車軸(図示せず。)に取り付けられたホイールベアリング(図示せず。)上に乗る。
The
図13〜15は、上述のホイール速度センサを組み込んだモーターサイクル用のリアホイール取り付けアセンブリ600の一実施例を図解する。アセンブリ600は、ホイール605、ホイール605に取り付けられたロータ610、ブレーキキャリパ615、ホイールスペーサ/センサアセンブリ243、ワッシャ625、ナット630、保持クリップ635、車軸640、第一スイングアーム645、エンコーダ140を含む第一ホイールベアリング100、ホイールスリーブ655、第二ホイールベアリング660、スプロケットスペーサ665、スプロケットベアリング670、第二スイングアーム680、及び、車軸端685を含む。
FIGS. 13-15 illustrate one embodiment of a motorcycle rear
図15で示されるように、リアホイール取り付けアセンブリ600は、第二スイングアーム680における開口を通じて、車軸端685が第二スイングアーム680に接するまで、車軸640を送り込むことによって組み立てられる。次に、リアホイール取り付けアセンブリ600の構成要素は、車軸640上に位置付けられ、構成要素のそれぞれは、図15で示されるように、それに隣り合う構成要素に接する。一旦、構成要素の全てが適切な位置に置かれると、ナット630が車軸640にねじ込まれ、それら要素の全てを適切な位置に実質的に遊びが無い状態で拘束する。保持クリップ635は、ナット630が運転中に緩んでしまうのを防止する。
As shown in FIG. 15, the rear
図16は、エンコーダ140を含む第一ホイールベアリング100(すなわち、キャリア155及びトーンホイール150)、並びに、センサ250を含むホイールスペーサ/センサアセンブリ243の位置を示す、ホイールアセンブリ600の一部のクローズアップされた断面図を図解する。ベアリング100及びホイールスペーサ/センサアセンブリ243を製造するときに(すなわち、機械加工及び射出成形によって)達成可能な厳しい公差は、センサ250がトーンホイール150に対して正確に位置付けられるのを可能にし、トーンホイール150によって生成される磁場の中心にセンサ250が置かれることを確実にする。MRセンサの使用に加えて、この正確さは、そのホイール速度センサが、以前のホイール速度センサよりも有意に小さいサイズで製造されるのを可能にする。更に、構成要素の全てが、共通の基準線として機能する車軸640から参照される。
FIG. 16 shows a close-up of a portion of the
ホイールベアリング100におけるエンコーダ140の位置(すなわち、フリンジャ145の後ろ)は、トーンホイール150を見えなくする。ホイールスペーサ245におけるセンサ250の位置は、センサ250をそのモーターサイクルのスイングアームの後ろに隠し、結果として、ほとんど完全に見えなくなるホイール速度センサをもたらす。更に、ホイール速度センサの組み立ては、エンコーダ140をベアリング100内に取り付けることによって簡略化され、ホイールスペーサ/センサアセンブリ243がベアリング100に隣り合うことだけが求められる。結果として、そのホイール速度システムの個々の構成要素は、相互にしっかりと支えられてはいるが、密接に位置付けられた或いは位置合わせされた可動部品の何れにも直接的な接触がない。
The position of the
そのホイール速度センサは、同様に、或いは、代替的に、フロントホイール取り付けアセンブリにも取り付けられ得る。そのフロントホイール取り付けアセンブリは、トーンホイール150を含む第一ホイールベアリング100、及び、センサ250を含むホイールスペーサ/センサアセンブリ243のような、リアホイール取り付けアセンブリ600と同じ構成要素のいくつかを含んでいてもよい。
The wheel speed sensor can be attached to the front wheel mounting assembly as well or alternatively. The front wheel mounting assembly includes some of the same components as the rear
センサ250はホイールスペーサ245上に成形されるので、修理又は取り換えのためにセンサ250を取り外すのに、モーターサイクルのメンテナンスショップで既に用いられている工具を超えた特別な工具が必要とされることはない。
Since
そのホイール速度センサは、モーターサイクルが直面する厳しい環境(例えば、無鉛ガソリン、モーターオイル、ブレーキ液、クリーナ等である。)に晒されることに耐えることができる。そのホイール速度センサの構造は、部品損耗(例えば、トーンホイールのランアウト、トーンホイールの歯の損傷、車軸端の遊び、ベアリング摩耗)及び路面の不整合によって引き起こされる空隙の不整合に対してそれが左右されないようにする。ホイール速度センサはまた、モーターサイクルが直面する広い温度範囲に耐えることができ、そのモーターサイクルによってそのホイール速度センサに掛けられた軸方向荷重による影響を受けない。また、センサ250とフリンジャ145との間の隙間は、その隙間に異物が留まりホイール速度センサ250の動作に影響することを防止する上で十分小さいものである。フリンジャ145はまた、トーンホイール150を損傷又は汚染から保護する。更に、ベアリング100は、ベアリング100の構成要素間の摩擦を低減するために、ベアリンググリースで満たされていてもよい。そのベアリンググリースは、ホイール速度センサ250の動作に影響しない(すなわち、トーンホイール150によって生成される磁場は、そのグリースの影響を受けない。)ことが分かった。更に、ホイール速度センサ250の動作は、モーターサイクルの組み立てで用いられるグラファイト成分を有する抗固着潤滑油による影響を受けない。
The wheel speed sensor can withstand exposure to the harsh environments that motorcycles face (eg, unleaded gasoline, motor oil, brake fluid, cleaners, etc.). The structure of the wheel speed sensor is such that it is against component gaps (eg, tone wheel runout, tone wheel tooth damage, axle end play, bearing wear) and gap misalignment caused by road misalignment. Do not be affected. The wheel speed sensor can also withstand the wide temperature range encountered by a motorcycle and is unaffected by the axial load applied to the wheel speed sensor by the motorcycle. Further, the gap between the
実施例によっては、MRセンサは、フリンジャに成形される。他の実施例では、エンコーダを含むベアリングは、フリンジャ要素を含まない。そのような実施例では、そのエンコーダは、ベアリンググリースを封じ込め、かつ、混入物質を閉め出すための密封部材を含む。 In some embodiments, the MR sensor is molded into a fringer. In other embodiments, the bearing that includes the encoder does not include a flinger element. In such an embodiment, the encoder includes a sealing member for containing bearing grease and for closing out contaminants.
上述の実施例は、特定のサイズ及び寸法を持つ構成要素を用いて説明された。しかしながら、異なるサイズ及び寸法を持つ構成要素を用いた他の実施例も本発明の範囲内にある。更に、上述の実施例は、MRセンサを用いて説明された。しかしながら、他の種類のセンサ(例えば、ホール効果センサである。)を用いることも本発明の範囲内にある。 The above embodiments have been described using components having specific sizes and dimensions. However, other embodiments using components having different sizes and dimensions are within the scope of the present invention. Furthermore, the above embodiment has been described using an MR sensor. However, it is within the scope of the present invention to use other types of sensors (eg, Hall effect sensors).
本発明は、ホイール速度センサの実施例で説明された。しかしながら、本発明は、ベアリングを用いる何れかの回転装置であって、速度が監視されるもの、例えば、コンベア若しくはモータ又は他の種類の車両(例えば、自動車)に適用される。速度を監視することに加えて、本発明は、位置検出にも適用可能である(すなわち、パルスの数を数えることによる。)。 The present invention has been described in an embodiment of a wheel speed sensor. However, the present invention applies to any rotating device that uses bearings and whose speed is monitored, such as a conveyor or motor or other type of vehicle (eg, an automobile). In addition to monitoring speed, the present invention is also applicable to position detection (ie, by counting the number of pulses).
このように、本発明は、何よりも、モーターサイクルが普通に直面する振動や混入物質に耐えられる、比較的小さく、簡単に取り付けられるホイール速度センサを提供する。 Thus, the present invention, above all, provides a relatively small and easily mounted wheel speed sensor that can withstand the vibrations and contaminants normally encountered by motorcycles.
Claims (30)
アウターエッジを有する第一レース、第二レース、前記第一レースと前記第二レースとの間に置かれる複数のボールベアリング、前記第二レースに結合され且つ比較的高い透磁率を有する物質で構成されるキャリア、及び、前記キャリアに結合されるトーンホイールであり当該トーンホイールの円周の周りに分布する複数の磁極対を含むトーンホイール、を含むベアリング;
前記第一レースに隣接するスペーサ;並びに
前記スペーサに取り付けられ、且つ、前記トーンホイールに隣り合って置かれるセンサ;を有し、
前記センサは、前記センサに対する前記トーンホイールの回転を、該回転の間に前記磁極対を検出することによって、検出するよう構成される、
回転センサアセンブリ。 A rotation sensor assembly comprising:
A first race having an outer edge, a second race, a plurality of ball bearings disposed between the first race and the second race, and a material coupled to the second race and having a relatively high magnetic permeability A bearing that includes a plurality of pole pairs that are coupled to the carrier and that are distributed around the circumference of the tone wheel;
A spacer adjacent to the first race; and a sensor attached to the spacer and positioned adjacent to the tone wheel;
The sensor is configured to detect rotation of the tone wheel relative to the sensor by detecting the magnetic pole pair during the rotation;
Rotation sensor assembly.
請求項1の回転センサアセンブリ。 A flinger that is press-fitted into one of the first race and the second race, the flinger positioned between the tone wheel and the sensor, and the carrier and Sealing the tone wheel;
The rotation sensor assembly of claim 1.
請求項2の回転センサアセンブリ。 A portion of the fringer that is directly adjacent to both the tone wheel and the sensor is straight, and the fringer is composed of a material having a relatively low permeability;
The rotation sensor assembly of claim 2.
請求項1の回転センサアセンブリ。 The carrier is press-fitted into the second race such that the tone wheel is at a fixed depth from the outer edge of the first race, the tone wheel has a relative flatness of 0.1 mm; The distance between the sensor and the tone wheel is fixed at about 1.87 mm ± 0.27 mm.
The rotation sensor assembly of claim 1.
請求項1の回転センサアセンブリ。 The first race is a stationary inner race, the second race is a rotating outer race, and the tone wheel rotates with the second race, and the sensor is stationary. Yes,
The rotation sensor assembly of claim 1.
請求項1の回転センサアセンブリ。 The sensor is a magnetoresistive sensor;
The rotation sensor assembly of claim 1.
請求項1の回転センサアセンブリ。 The sensor is configured to provide a square wave current output indicative of a rotational speed of the second race;
The rotation sensor assembly of claim 1.
請求項1の回転センサアセンブリ。 The distance between the tone wheel and the sensor is controlled by the spacer and the first race, and the spacer and the first race are the sensor and the tone wheel when the spacer is adjacent to the first race. Is a machined part capable of achieving extremely tight tolerances that allow the distance between
The rotation sensor assembly of claim 1.
請求項1の回転センサアセンブリ。 The controller further includes a controller connected to the sensor and receiving an output from the sensor, the controller (1) determining the rotational speed of the bearing, and (2) detecting the presence or absence of rotation of the bearing. Configured to use the output of the sensor to perform at least one of
The rotation sensor assembly of claim 1.
アウターエッジを有する第一レース;
アウターエッジを有する第二レース;
前記第一レースと前記第二レースとの間に置かれる複数のボールベアリングであり、前記第一レース及び前記第二レースの前記アウターエッジの内側に置かれる複数のボールベアリング;及び
前記第二レースに結合されるトーンホイールであり、当該トーンホイールの円周の周りに分布する複数の磁極対を含むトーンホイール;を有し、
前記トーンホイールの全体は、前記第二レースの前記アウターエッジの内側に置かれ、前記トーンホイールと前記第二レースの前記アウターエッジとの間に空間が定義されるようにする、
ベアリングアセンブリ。 A bearing assembly for use with a speed sensor assembly comprising:
First race with outer edge;
A second race having an outer edge;
A plurality of ball bearings placed between the first race and the second race; a plurality of ball bearings placed inside the outer edge of the first race and the second race; and the second race A tone wheel coupled to the tone wheel including a plurality of magnetic pole pairs distributed around a circumference of the tone wheel;
The entire tone wheel is placed inside the outer edge of the second race so that a space is defined between the tone wheel and the outer edge of the second race;
Bearing assembly.
請求項10のベアリングアセンブリ。 The entirety of the tone wheel is placed inside the outer edge in both the first race and the second race, and a space is formed between the tone wheel and the outer edge in the first race and the second race. To be defined,
The bearing assembly of claim 10.
請求項10のベアリングアセンブリ。 A fringer coupled to one of the first race and the second race and disposed between the tone wheel and the outer edge of the second race;
The bearing assembly of claim 10.
請求項12のベアリングアセンブリ。 A portion of the fringer that is directly adjacent to both the tone wheel and the sensor is straight, and the flinger is made of a material having a relatively low permeability,
The bearing assembly of claim 12.
請求項10のベアリングアセンブリ。 The carrier further comprises a carrier coupled to the second race and made of a material having a relatively high permeability, wherein the tone wheel is coupled to the carrier for coupling the tone wheel to the second race. Connected,
The bearing assembly of claim 10.
請求項15のセンサアセンブリ。 The tone wheel is placed at a fixed depth from the outer edge of the first race, the tone wheel has a relative flatness of 0.1 mm, and between the sensor and the tone wheel. Is fixed at about 1.87 mm ± 0.27 mm.
The sensor assembly of claim 15.
第一レース;
第二レースであり、前記第一レースと当該第二レースとの間に環状空間を定義するよう置かれる第二レース;
前記環状空間に置かれ、且つ、前記第一レースを前記第二レースから分離する複数のボールベアリング;
前記第二レースに結合され、且つ、少なくとも部分的に前記環状空間内に置かれるトーンホイールであり、当該トーンホイールの円周の周りに分布する複数の磁極対を含むトーンホイール;及び
前記第一レース及び前記第二レースのうちの一つに結合され、且つ、前記トーンホイールの外側に置かれるフリンジャであり、少なくとも部分的に前記環状空間を覆い、且つ、当該ベアリングアセンブリの外部から前記トーンホイールを分離するようにするフリンジャ、
を有するベアリングアセンブリ。 A bearing assembly for use with a speed sensor assembly comprising:
First race;
A second race that is positioned to define an annular space between the first race and the second race;
A plurality of ball bearings placed in the annular space and separating the first race from the second race;
A tone wheel coupled to the second race and positioned at least partially within the annular space and including a plurality of magnetic pole pairs distributed about a circumference of the tone wheel; and A fringer coupled to one of the race and the second race and placed outside the tone wheel, at least partially covering the annular space and from outside the bearing assembly to the tone wheel Fringer, so as to isolate
Bearing assembly.
請求項17のベアリングアセンブリ。 And further comprising a carrier made of a material coupled to the second race and having a relatively high permeability, wherein the tone wheel is connected to the carrier for coupling the tone wheel to the second race To be
The bearing assembly of claim 17.
請求項17のベアリングアセンブリ。 The flinger is composed of a material having a relatively low permeability,
The bearing assembly of claim 17.
請求項17のベアリングアセンブリ。 The flinger is press-fitted into the first race and seals the tone wheel in the bearing;
The bearing assembly of claim 17.
請求項17のベアリングアセンブリ。 The entirety of the tone wheel is placed inside the outer edge in both the first race and the second race, and a space is formed between the tone wheel and the outer edge in the first race and the second race. To be defined,
The bearing assembly of claim 17.
請求項17のベアリングアセンブリ。 A portion of the fringer that is directly adjacent to the tone wheel is straight, and the fringer is composed of a material having a relatively low permeability,
The bearing assembly of claim 17.
請求項23のセンサアセンブリ。 The flinger is placed between the tone wheel and the sensor, and the sensor is placed outside the bearing assembly;
24. The sensor assembly of claim 23.
第二レース;
前記第一レースと前記第二レースとの間に置かれる複数のボールベアリング;
前記第二レースに結合され、且つ、少なくとも部分的に前記環状空間内に置かれるトーンホイールであり、当該トーンホイールの円周の周りに分布する複数の磁極対を含むトーンホイール;
前記トーンホイールに隣り合って置かれるセンサであり、当該センサに対する前記トーンホイールの回転を、該回転の間に前記磁極対を検出することによって、検出するよう構成されるセンサ;及び
前記第一レース及び前記第二レースのうちの一つに結合され、且つ、前記トーンホイールと前記センサとの間に置かれるフリンジャ;
を有する回転センサアセンブリ。 First race;
Second race;
A plurality of ball bearings disposed between the first race and the second race;
A tone wheel coupled to the second race and positioned at least partially within the annular space and including a plurality of magnetic pole pairs distributed about a circumference of the tone wheel;
A sensor placed adjacent to the tone wheel, the sensor configured to detect rotation of the tone wheel relative to the sensor by detecting the magnetic pole pair during the rotation; and the first race And a flinger coupled to one of the second races and positioned between the tone wheel and the sensor;
A rotation sensor assembly.
請求項25の回転センサアセンブリ。 The carrier further comprises a carrier coupled to the second race and made of a material having a relatively high permeability, wherein the tone wheel is coupled to the carrier for coupling the tone wheel to the second race. Connected,
26. The rotation sensor assembly of claim 25.
請求項25の回転センサアセンブリ。 The flinger is composed of a material having a relatively low permeability,
26. The rotation sensor assembly of claim 25.
請求項25の回転センサアセンブリ。 The flinger is press-fitted into the first race and seals the tone wheel in the bearing;
26. The rotation sensor assembly of claim 25.
請求項25の回転センサアセンブリ。 The entirety of the tone wheel is placed inside the outer edge in both the first race and the second race, and a space is formed between the tone wheel and the outer edge in the first race and the second race. To be defined,
26. The rotation sensor assembly of claim 25.
請求項25の回転センサアセンブリ。 A portion of the fringer that is directly adjacent to the tone wheel is straight, and the fringer is composed of a material having a relatively low permeability,
26. The rotation sensor assembly of claim 25.
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