JP2009052935A - 回転検出装置付き車輪用軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 検出分解能が高くかつ正確な回転位置検出が可能であるうえ、センサと回転体との間に十分なギャップをとることができ、組立、加工を簡単化し製造コストの低減を図ることができる回転検出装置付き車輪用軸受を提供する。
【解決手段】 識別情報出力手段１５の出力する識別情報に基づき、逓倍パルスｂのピッチ誤差を補正手段１３で補正する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、車輪の回転検出、回転角度検出に用いられる回転検出装置を備えた回転検出装置付き車輪用軸受に関する。

自動車、鉄道車両等の回転体の回転状態を正確に検出するために、高分解能、高精度な回転信号を得たいという要求がある。車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受においては、アンチロックブレーキシステム制御つまりＡＢＳ制御に用いられているＡＢＳセンサがある。このＡＢＳセンサは、現状それ程高い分解能ではない。このようなセンサにより、高分解能な回転検出が可能になると、将来の自動運転、運転アシスト、安全制御等、より高度な車両制御に利用できるためである。
従来、回転検出装置として、磁気センサが検出したSIN,COSの回転信号入力から、高分解能で逓倍信号を得る回路方式が提案されている（特許文献１）。また、一列に並べた磁気ラインセンサからの信号を加算処理して中間信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、さらにそれらの信号を演算処理することによって、９０度位相にずれた二相のSIN,COS信号を得る方法が提案されている（特許文献２）。
特表２００２−５４１４８５号公報 特表２００１−５１８６０８号公報

従来の回転検出装置において、高い分解能で回転信号を得るためには、磁気エンコーダの着磁ピッチを微細化する必要がある。しかし、着磁ピッチの微細化により、磁束密度が低くなって回転検出装置の信号出力の絶対値が小さくなり、回転検出が難しくなる。
回転体である磁気エンコーダに接近してセンサを配置すれば、弱い磁界も検出できるようになるが、機械構造体にこのようなセンサ配置を適用した場合には、その振動、熱膨張、取り付け公差等により限界がある。つまり、自動車等の車両では、振動、熱膨張、取り付け公差等があるため、センサを回転体に接近して配置することが難しい。
また、磁気エンコーダの磁極数以上に逓倍したパルス信号を得る構成にした場合、逓倍したパルス出力にばらつきがあると、車輪用軸受での回転位置検出誤差が大きくなるという問題がある。

この発明の目的は、検出分解能が高くかつ正確な回転位置検出が可能であるうえ、センサと回転体との間に十分なギャップをとることができ、組立、加工を簡単化し製造コストの低減を図ることができる回転検出装置付き車輪用軸受を提供することである。

この発明の回転検出装置付き車輪用軸受は、回転自在に設けられ円周方向に並ぶ複数の被検出極が等配されたエンコーダと、このエンコーダの前記被検出極を検出してパルスを発生するセンサとを有する回転検出装置を備えた車輪用軸受において、前記センサの発生するパルスを、設定された逓倍数に逓倍して逓倍パルスを出力する逓倍手段と、この逓倍手段の出力する逓倍パルスの識別情報を出力する識別情報出力手段とを設けたことを特徴とする。

この構成によると、逓倍手段は、センサの発生するパルスを、設定された逓倍数に逓倍して逓倍パルスを出力する。この逓倍パルスの出力に同期して回転位置検出を行えるので、検出分解能を高めることができる。既存のエンコーダを適用したまま、数十倍の回転パルス数が得られるため、微小な回転を検出することが可能となる。高分解能化と同時に回転検出部の小径化も可能となるため、車両用軸受全体の小形、軽量化に貢献できる。

この車輪用軸受を自動車に適用した場合、左右輪の微小な回転差や、回転速度変動を高感度に検出することができるため、この信号を利用して高度な車両制御を行い、車両の安全性、操作性を向上させることが可能となる。例えば、左右の車輪回転速度の測定精度が高まり、カーブ等に生じるタイヤの横滑り量の予測も早まり、横滑り防止装置、車両姿勢安定装置の高精度化につながる。また、坂道発進の場合、従来では、例えば、最長２０ｍｍ車両後退するとブレーキが働くのに対し、例えば、１ｍｍでも車両後退するとその旨検出しブレーキを作動させることが可能となる。また、エンコーダの着磁ピッチを既存のものと同じにすることができるため、通常の検出エアギャップの設定が可能となる。したがって、高分解能化のために、センサをエンコーダに近接配置する必要がなく、回転検出装置の組立、加工が簡単化し製造コストの低減を図ることが可能となる。

前記識別情報出力手段の出力する識別情報に基づき前記逓倍手段の出力する逓倍パルスのピッチ誤差を補正する補正手段を設けても良い。
逓倍手段から出力される逓倍パルスにはピッチ誤差があるが、その誤差パターンは、エンコーダにおける被検出極毎に繰り返される再現性のある特性を持つ。そこで、上記構成のようにして、識別情報出力手段の出力する識別情報に基づき、逓倍パルスのピッチ誤差を補正手段で補正すると、ピッチ誤差によるばらつきが低減されて、高精度の回転位置検出が可能となる。しかも、逓倍パルスの出力に同期して回転位置検出を行えるので、検出分解能も高めることができる。それ故、回転状態をより正確に検出することができ、路面やレール表面の状態推定、スリップ状態の推定、車輪の変形や摩耗等、高度な制御に適用するためのセンシングや信号処理が可能になる。

前記補正手段は、前記逓倍パルスの識別情報毎に、逓倍パルスの誤差情報を対応させて記憶した誤差パターンデータ記憶手段と、前記逓倍手段で発生した逓倍パルスのピッチ誤差を、前記誤差パターンデータ記憶手段の記憶内容を用いて補正する補正演算手段とを有するものであっても良い。
前記補正手段は、補正された逓倍パルスに対応した位置情報を出力する位置情報出力手段を有するものであっても良い。この位置情報出力手段により、補正された逓倍パルスに対応した位置情報を外部に出力させて演算等に用いることが可能となる。

前記識別情報が、前記逓倍数の逓倍パルスを発生する毎に１回出力する信号であっても良い。逓倍数毎に１回のパルス等の出力が得られると、その信号を用いてカウンタをリセットし、逓倍パルス毎にカウントすることで、何番目の逓倍パルスであるかが識別できる。この構成の場合、識別情報を１本の信号線で伝達でき、高速回転にも対応できる。

前記回転検出装置は、前記センサと前記逓倍手段と速度検出手段とを、共通のセンサチップに集積するか、または共通の基板に設けて一体化したものであっても良い。この場合、車輪用軸受の部品点数、組立工数の低減を図ることができる。したがって、製造コストの低減を図ることが可能となる。また、回転検出装置のコンパクト化が図れ、この回転検出装置を適用し得る車輪用軸受の種類、軸受サイズを増やすことができる。

この発明の回転検出装置付き車輪用軸受は、センサの発生するパルスを、設定された逓倍数に逓倍して逓倍パルスを出力する逓倍手段と、この逓倍手段の出力する逓倍パルスの識別情報を出力する識別情報出力手段とを設けたため、検出分解能が高くかつ正確な回転位置検出が可能であるうえ、センサと回転体との間に十分なギャップをとることができ、組立、加工を簡単化し製造コストの低減を図ることができる。

この発明の一実施形態を図１ないし図１３と共に説明する。この実施形態に係る車輪用軸受は、自動車等の車両に取付けられるものであり、この明細書において、車両に取付けた状態で車両幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両幅方向の中央側となる側のインボード側と呼ぶ。

この車輪用軸受は、外方部材５１と内方部材５２の間に複列の転動体５３を介在させ、車体に対して車輪を回転自在に支持するものであって、後述する回転検出装置１、およびこの回転検出装置１で検出される被検出体である磁気エンコーダ７１を装備したものである。前記回転検出装置１の外形は、各例毎に、取付形態に応じた形状とされている。

外方部材５１は固定側の部材であり、内方部材５２は回転側の部材である。各列の転動体５３は、各列毎に保持器５４に保持されており、外方部材５１の内周に形成された複列の転走面５５と、内方部材５２の外周に形成された複列の転走面５６との間に介在する。これら車輪用軸受は、複列のアンギュラ玉軸受型とされ、両列の転走面５５，５５，５６，５６は、互いに接触角が背面合わせとなるように形成されている。

図１の例は、いわゆる第３世代型であって、駆動輪支持用に適用した例である。内方部材５２は、ハブ輪５７と、このハブ輪５７の軸部５７ａのインボード側部の外周に嵌合させた内輪５８との２つの部材からなり、ハブ輪５７の軸部５７ａおよび内輪５８の外周に上記各列の転走面５６がそれぞれ形成されている。ハブ輪５７の軸部５７ａは、内部に等速ジョイント（図２０、図２１参照）のステム部を挿通させる中心孔５７ｃを有している。内輪５８は、ハブ輪５７の軸部５７ａに形成された段差部内に嵌合し、軸部５７ａのインボード側端に設けられた加締部５７ａａによりハブ輪５７に対して固定されている。ハブ輪５７は、アウトボード側の端部近傍の外周に車輪取付フランジ５７ｂを有し、車輪取付フランジ５７ｂにホイールおよびブレーキロータ（いずれも図示せず）が重ね状態で、ハブボルト５９によって取付けられる。ハブボルト５９は、車輪取付フランジ５７ｂに設けられたボルト取付孔に圧入されている。外方部材５１は、全体が一体の部材からなり、外周に車体取付フランジ５１ｂを有している。外方部材５１は、車体取付フランジ５１ｂのボルト孔６０に挿通されたナックルボルトにより、懸架装置のナックル（図示せず）に取付けられる。
外方部材５１と内方部材５２間の軸受空間の両端は、接触シール等からなる密封装置６１，６２によって密封されている。

磁気エンコーダ７１は、円周方向に磁極Ｎ，Ｓを交互に有するリング状の多極磁石からなり、転動体５３，５３間で内方部材５２の外周面に嵌合状態に設置されている。被検出体である磁気エンコーダ７１は、例えば、芯金７１ａの外周に、ゴム磁石、プラスチック磁石等の多極磁石７１ｂを設けたもの、あるいは焼結磁石等からなる。

回転検出装置１は、外方部材５１に、両転動体列５３，５３間で径方向に貫通させたセンサ取付孔６３に挿通して取付けられ、センサ先端が、上記磁気エンコーダ７１にラジアル方向に磁気ギャップを介して対向させられる。センサ取付孔６３は、例えば断面形状の円形の貫通孔である。センサ取付孔６３の内面と回転検出装置１との間は、Ｏリング等の接触シールや、接着剤等で密封する。

回転検出装置１は、センサ取付孔６３にほぼ嵌合する内径の軸状の挿入部１ａと、非挿入部である頭部１ｂとを有し、頭部１ｂは外方部材５１の外周面に接して配置される。頭部１ｂからケーブル８Ａが引き出されている。上記挿入部１ａおよび頭部１ｂは、例えば、弾性部材等で構成される。

この回転検出装置１は、円周方向に並ぶ複数の被検出極が等配されたリング状の磁気エンコーダ７１と、この磁気エンコーダ７１の前記被検出極を検出してパルスａを発生するセンサ４と、このセンサ４の発生するパルスａを、設定された逓倍数Ｎに逓倍して逓倍パルスｂを出力する逓倍手段１２と、この逓倍手段１２が出力する逓倍パルスｂの識別情報を出力する識別情報に基づいて、前記逓倍手段１２から出力される逓倍パルスｂのピッチ誤差を補正する補正手段１３とを備える。

磁気エンコーダ７１は、例えば図４（Ａ），（Ｂ）に半部断面図および斜視図で示すように、被検出極として周面の円周方向に複数の磁極対７１ｃを等配位置に並べて着磁させたリング状の磁気エンコーダからなり、図示しない被検出対象の回転体に対して同心となるように取付けられることで回転自在とされる。この場合、センサ４は、磁気エンコーダ７１の磁極Ｎ，Ｓを検出する磁気センサとされ、磁気エンコーダ７１の周面に対向するように例えば図４に示す外径側に配置される。

図４の磁気エンコーダ７１の構成例は、周面に磁極対７１ｃを着磁させたラジアルタイプであるが、磁気エンコーダ７１は図５（Ａ），（Ｂ）に半部断面図および斜視図で示すアキシアルタイプのものであっても良い。図５の構成例では、例えは断面をＬ字形としたリング状のバックメタル１４の円筒部１４ａの一端から外径側に延びるフランジ部１４ｂの側面の円周方向に、複数の磁極対７１ｃを等配位置に並べて着磁させていて、回転軸などの回転体の外周面に前記バックメタル１４の円筒部１４ａを嵌合させることで、回転体に取付けられる。この場合、磁気センサ４は、磁気エンコーダ７１の着磁面に対向するように軸方向に向けて配置される。

識別情報出力手段１５の出力する識別情報は、逓倍手段１２から順次出力される各逓倍パルスｂが、Ｎ個の逓倍パルスｂのうちの何番目のものかを知らせる情報であり、例えば逓倍パルスｂの出力順序を示す番号１，２，…，Ｎとして出力される。この識別情報は、逓倍手段１２から各逓倍パルスｂが生成されるのに同期して、例えばコードデータ、アナログ信号、ＰＷＭ（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）信号、シリアルデータ等の信号形態で出力される。

前記識別情報の他の出力信号形態として、逓倍数Ｎの逓倍パルスｂが逓倍手段１２から出力開始される毎に、つまりセンサ４からパルスａが出力される毎に、１パルスの信号を出力しても良く、そのパルス信号としてセンサ４からの出力パルスａをそのまま使用しても良い。この場合、例えば識別情報を受け取る前記補正手段１３において、識別情報解読手段として、前記１パルスの出力信号をリセット信号として受けるカウンタを設け、このカウンタで前記逓倍手段１２から出力される逓倍パルスｂをカウントすれば、そのカウント値（１，２，…，Ｎ）を逓倍パルス番号（識別情報）として得ることができる。この出力信号形態によると、識別情報を１本の信号線で伝達でき、高速回転にも対応しやすい形態となる。

補正手段１３は、各逓倍パルスｂの識別情報と、これら逓倍パルスｂのピッチ誤差情報とを対応させて記憶した誤差パターンデータ記憶手段１６と、この誤差パターンデータ記憶手段１６の記憶内容を用いて、逓倍手段１２で発生した逓倍パルスｂのピッチ誤差を補正する補正演算手段１７と、補正された逓倍パルスから逓倍パルスに対応した位置情報つまり回転角度を出力する位置情報出力手段１８とを備える。位置情報出力手段１８は、ピッチ誤差が補正された逓倍パルスを出力するものであっても良い。誤差パターンデータ記憶手段１６としては、例えばセンサ４の内部のＲＯＭを用いることができる。

図６には、誤差パターンデータ記憶手段１６に記憶させる誤差情報の一例を示す。逓倍手段１２で発生する逓倍パルスｂにピッチ誤差があるが、この誤差パターンは、図７および図８に示すように、磁気エンコーダ７１における磁極対７１ｃ毎に繰り返される再現性のある特性を持つ。
図７は、磁気エンコーダ７１が所定の回転速度で回転しているときに、逓倍数Ｎの各逓倍パルスｂのピッチ（パルス周期）をグラフで示したものであり、理想のパルス周期に対して各逓倍パルスｂのパルス周期が増減しており、その誤差パターンは磁極対７１ｃ毎の区間で繰り返してもほぼ同じパターンとなる。異なる磁極対７１ｃにおける同じ逓倍パルス番号の逓倍パルスｂでのパルス周期の誤差は、異なる逓倍パルス番号の逓倍パルスｂの間での誤差に比べて非常に小さい値である。

図８は、磁気エンコーダ７１が所定の回転速度で回転しているときに、磁極対７１ｃの数個分の区間で繰り返される逓倍数Ｎの逓倍パルスｂの波形の一部を示したものであり、同じ逓倍パルス番号の逓倍パルスｂの間ではパルス周期Ｔは同じであるが、異なる逓倍パルス番号の逓倍パルスｂの間ではパルス周期Ｔが異なっている。

上記した誤差パターンの繰り返し再現性に着目して、図６の誤差パターンデータ記憶手段１６には、あらかじめ、一定回転速度での基準となる逓倍数Ｎの逓倍パルスｂの誤差情報が、各逓倍パルスｂの番号１，２，…，Ｎ（識別情報）と対応付けて記憶されている。ここで、誤差情報における−１２’，＋３０’，＋２０’，…などの値は、誤差を含まない理想値の回転角度に対するピッチ増減誤差に対応した回転角度を示す。

補正演算手段１７は、逓倍手段４で発生した各逓倍パルスｂに対応する回転位置を、それら逓倍パルスｂのピッチ誤差により位置誤差が生じないように補正演算する。この場合の回転位置とは、センサ４がパルスａを発生する時点に対応する磁極対７１ｃの一端から、各逓倍パルスｂが生成された時点（具体例では逓倍パルスの立ち上がり時）に対応する磁極対７１ｃの途中の各位置までの回転角度を指す。図６において、補正手段１３における角度カウンタ１９は、逓倍手段１２から出力される各逓倍パルスｂをカウントして、前記補正演算手段１７に演算のタイミングを与え、誤差を含まない回転角度を計算する手段である。

補正演算手段１７の具体的な演算動作は以下のように行われる。
センサ４からパルスａが出力されて、最初に逓倍手段１２からパルス番号１の逓倍パルスｂが生成されると、これに同期して識別情報出力手段１５から識別情報としてパルス番号１が出力され、これにより誤差パタ−ンデータ記憶手段１６からパルス番号１に対応する誤差情報（−１２’）が読み出される。このとき、角度カウンタ１９はパルス番号１の逓倍パルスｂをカウントし、補正演算手段１７に演算のタイミングを与える。補正演算手段１７は、誤差パターンデータ記憶手段１６から読み出された誤差情報（−１２’）を角度カウンタ１９の値による理想的な回転角度（θ）に加算して回転位置とする。この場合、逓倍パルスｂのパルス周期は理想値（θ）より短いので、逓倍パルスｂが生成した時点での回転位置をθとすると、回転位置に誤差が生じる。補正演算手段１７は上記したように回転位置を（θ−１２’）として与えるので、正しい回転位置を検出することができる。この回転位置情報は位置情報出力手段１８から外部に出力される。この回転位置情報は、ピッチ誤差が補正された逓倍パルスとして、位置情報出力手段１８から出力されるようにしても良い。

上記と同様に、逓倍手段１２からパルス番号２の逓倍パルスｂが生成されると、これに同期して識別情報出力手段１５から識別情報としてパルス番号２が出力され、誤差パタ−ンデータ記憶手段１６からパルス番号２に対応する誤差情報（＋３０’）が読み出される。このとき、角度カウンタ１９はパルス番号２の逓倍パルスｂをカウントし、補正演算手段１７に演算のタイミングを与える。補正演算手段１７は、角度カウンタ１９の値による理想的な回転角度（２θ）に、誤差パターンデータ記憶手段１６から読み出された誤差情報（＋３０’）を加算して、回転位置として与える。この場合も、パルス番号２の逓倍パルスｂが生成した時点での回転位置を２θとすると、回転位置に誤差が生じる。補正演算手段１７は上記したように回転位置を（２θ＋３０’）として与えるので、正しい回転位置を検出することができる。この回転位置情報は位置情報出力手段１８から外部に出力される。以下、同様の演算処理により、各逓倍パルスｂが生成された時点での回転位置が順次検出される。

このように、補正演算手段１７は、各逓倍パルスｂが生成される毎に、誤差パターンデータ記憶手段１６から読み出されるパルス番号に対応する誤差情報を加算して、各逓倍パルスｂの生成時点での回転位置とするので、高い精度（正確性）で回転位置を検出することができる。このようにして得られる位置情報は正確なものとなるので、これを利用して回転速度を算出した場合、ばらつきの小さい正確な回転速度を算出できる。なお、参考として、図９に、補正後の逓倍パルスと、補正前の逓倍パルスのパルス周期をグラフで比較して示している。

このように、この実施形態の回転検出装置１では、識別情報出力手段１５から出力される逓倍パルスｂの識別情報に基づき、逓倍手段１２の出力する逓倍パルスｂのピッチを補正手段１３で補正するようにしているので、検出分解能を高くでき、かつ高精度の回転位置検出が可能となる。

以上説明した回転検出装置付き車輪用軸受によれば、逓倍手段１２は、センサ４の発生するパルスａを、設定された逓倍数Ｎに逓倍して逓倍パルスｂを出力する。この逓倍パルスｂの出力に同期して回転位置検出を行えるので、検出分解能を高めることができる。既存のエンコーダを適用したまま、数十倍の回転パルス数が得られるため、微小な回転を検出することが可能となる。高分解能化と同時に回転検出部の小径化も可能となるため、車両用軸受全体の小形、軽量化に貢献できる。

この車輪用軸受を自動車に適用した場合、左右輪の微小な回転差や、回転速度変動を高感度に検出することができるため、この信号を利用して高度な車両制御を行い、車両の安全性、操作性を向上させることが可能となる。例えば、左右の車輪回転速度の測定精度が高まり、カーブ等に生じるタイヤの横滑り量の予測も早まり、横滑り防止装置、車両姿勢安定装置の高精度化につながる。また、坂道発進の場合、従来では、例えば、最長２０ｍｍ車両後退するとブレーキが働くのに対し、例えば、１ｍｍでも車両後退するとその旨検出しブレーキを作動させることが可能となる。ただし前記「１ｍｍ」に限定されるものではない。また、磁気エンコーダ７１の着磁ピッチを既存のものと同じにすることができるため、例えば０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の通常の検出エアギャップの設定が可能となる。ただし、検出エアギャップは、必ずしも０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下に限定されるものではない。したがって、高分解能化のために、センサ４をエンコーダ７１に近接配置する必要がなく、回転検出装置１の組立、加工が簡単化し製造コストの低減を図ることが可能となる。

逓倍手段１２から出力される逓倍パルスｂにはピッチ誤差があるが、その誤差パターンは、エンコーダ７１における被検出極毎に繰り返される再現性のある特性を持つ。そこで、識別情報出力手段１５の出力する識別情報に基づき、逓倍パルスｂのピッチ誤差を補正手段１３で補正すると、ピッチ誤差によるばらつきが低減されて、高精度の回転位置検出が可能となる。しかも、逓倍パルスｂの出力に同期して回転位置検出を行えるので、検出分解能も高めることができる。それ故、回転状態をより正確に検出することができ、路面やレール表面の状態推定、スリップ状態の推定、車輪の変形や摩耗等、高度な制御に適用するためのセンシングや信号処理が可能になる。

前記補正手段１３は、前記逓倍パルスｂの識別情報毎に、逓倍パルスｂの誤差情報を対応させて記憶した誤差パターンデータ記憶手段１６と、前記逓倍手段１２で発生した逓倍パルスｂのピッチ誤差を、前記誤差パターンデータ記憶手段１６の記憶内容を用いて補正する補正演算手段１７とを有するものであっても良い。
前記補正手段１３は、補正された逓倍パルスｂに対応した位置情報を出力する位置情報出力手段１８を有するものであっても良い。この位置情報出力手段１８により、補正された逓倍パルスｂに対応した位置情報を外部に出力させて演算等に用いることが可能となる。

前記識別情報が、前記逓倍数Ｎの逓倍パルスｂを発生する毎に１回出力する信号であっても良い。逓倍数毎に１回のパルス等の出力が得られると、その信号を用いて角度カウンタ１９をリセットし、逓倍パルスｂ毎にカウントすることで、何番目の逓倍パルスｂであるかが識別できる。この構成の場合、識別情報を１本の信号線で伝達でき、高速回転にも対応できる。

前記回転検出装置１は、前記センサ４と前記逓倍手段１２と速度検出手段とを、共通のセンサチップに集積するか、または共通の基板に設けて一体化したものであっても良い。この場合、車輪用軸受の部品点数、組立工数の低減を図ることができる。したがって、製造コストの低減を図ることが可能となる。また、回転検出装置１のコンパクト化が図れ、この回転検出装置１を適用し得る車輪用軸受の種類、軸受サイズを増やすことができる。

次に、この発明の他の実施形態に係る車輪用軸受について説明する。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図１０および図１１は、図１に示した車輪用軸受において、回転検出装置１と磁気エンコーダ７１との対向方向をアキシアル方向としたものである。磁気エンコーダ７１は、断面Ｌ字状の芯金７１ａの立板部に多極磁石７１ｂを設けたものである。回転検出装置１は、その先端の内部のセンサ４が、磁気エンコーダ７１の多極磁石７１ｂに対してアキシアル方向に対面するように構成される。その他の構成，効果は、図１の例と同様である。

図１２および図１３は、図１に示した車輪用軸受において、回転検出装置１を外方部材５１のインボード側端にセンサ取付部材７２を介して取付けたものである。センサ取付部材７２は、外方部材５１の外周面に嵌合して端面に当接するリング状の金属板であり、周方向の一部に、回転検出装置１を取付けるセンサ取付片７２ａを有している。磁気エンコーダ７１は、断面Ｌ字状の芯金７１ａの立板部に多極磁石７１ｂを設けたものであり、内輪５８の外周に嵌合させてある。磁気エンコーダ７１は、インボード側の密封装置６１の一部を兼ねるものとされる。磁気エンコーダ７１と回転検出装置１は、アキシアル方向に対向する。
この構成の場合、外方部材５１に、図１の例のセンサ取付孔６３が設けられないため、センサ取付孔からの水の浸入の問題がない。その他の構成，効果は、図１の例と同様である。

図１４および図１５は、図１２、図１３に示した例において、インボード側の軸受空間の密封装置６１を、磁気エンコーダ７１よりも外部に配置したものである。すなわち、外方部材５１に取付けられた環状のセンサ取付部材７２と内輪５８との間に、接触シール等からなる密封装置６１を設けている。
この構成の場合、磁気エンコーダ７１が密封装置６１により、外部空間に対して密封され、磁気エンコーダ７１と回転検出装置１との間に異物を噛み込むこと等が防止される。その他の構成，効果は、図１２、図１３の例と同様である。

図１６および図１７は、図１に示した例において、従動輪用としたものであって、ハブ輪５７は中心孔を有しておらず、中実とされている。外方部材５１のインボード側の端部は、内方部材５２よりも軸方向に延びていて、その端面開口をカバー７４で覆ってある。カバー７４は、外周縁に設けられた鍔部７４ａで外方部材５１の内周に嵌合して取付けられる。このカバー７４に、磁気エンコーダ７１に対向するように、回転検出装置１が取り付けられている。カバー７４には、回転検出装置１の少なくともセンサ部分（センサ４が埋め込まれた部分）４Ａが嵌入された状態で、回転検出装置本体が図示外のボルト、ナットなどを用いて着脱可能に設けられる。カバー７４にセンサ部分４Ａが嵌入された状態では、このセンサ部分４Ａを覆うモールド材（弾性部材）の弾性によって、回転検出装置本体との間に形成され得るカバー７４の環状隙間δｍがタイトに密封される構成になっている。磁気エンコーダ７１は、内輪５８の外周に嵌合して取付けられており、回転検出装置１とラジアル方向に対面する。

この構成の場合、従動輪用への適用に限られるが、カバー７４によって外方部材５１の端部開口の全体が覆われ、簡易な構成で高いシール性能が得られる。その他の構成，効果は図１の例と同様である。

図１８および図１９は、図１６，図１７に示した例において、磁気エンコーダ７１と回転検出装置１とをアキシアル方向に対向させる構成としたものである。その他の構成，効果は、図１６，図１７の例と同様である。

図２０の車輪用軸受は、いわゆる第４世代型とした例であり、内方部材５２が、ハブ輪５７Ａと、等速ジョイント外輪８１とで構成される。
等速ジョイント８０は、その外輪８１の球形内面と内輪８２の球形外面とに、軸方向に沿う軌道溝をそれぞれ複数形成し、対向する軌道溝間にトルク伝達ボール８３を介在させたものである。トルク伝達ボール８３は保持器８４に保持される。内輪８２はシャフト８６に嵌合させる。等速ジョイント外輪８１は、カップ部８１ａの外底面から中空軸状のステム部８１ｂが突出する。このステム部８１ｂを車輪用軸受のハブ輪５７Ａ内に挿入し、拡径加締によりハブ輪５７Ａと一体に結合している。ハブ輪５７Ａおよび等速ジョイント外輪８１に、内方部材５２の各列の転走面５６が形成される。等速ジョイント外輪８１のカップ部８１ａの開口とシャフト８６の外周との間には、蛇腹状のブーツ８７が被せてある。

回転検出装置１は、図１の例と同様に、外方部材５１にセンサ取付孔６３を貫通させてこの孔６３内に挿入して取付けている。磁気エンコーダ７１は、図１の例と同様に、内方部材５２におけるハブ輪５７Ａの外周に嵌合状態に取付けている。磁気エンコーダ７１と回転検出装置１とは、ラジアル方向に対向させている。
この例においても、回転検出装置１につき図１の例と同様の作用，効果が得られる。

図２１は、図２０の例において、磁気エンコーダ７１を、回転検出装置１とアキシアル方向に対向させるようにしたものである。その他の構成，効果は、図２０の例と同様である。

図２２および図２３は、上記のうちの任意の実施形態に係る回転検出装置１を、鉄道車両用軸受に組み込んでなる回転検出装置付き車輪用軸受の例を示す。この軸受３０は、ころ軸受、詳しくは複列の円すいころ軸受からなり、各列のころ３３，３３に対して設けた分割型の内輪３１，３１と、一体型の外輪３２と、前記ころ３３，３３と、保持器３４とを備える。後ろ蓋３６は、車軸４０に軸受３０よりも中央側で取付けられている。軸受３０の両端部に配置される両軸受シール４１，４１Ａにより軸受３０の内部に潤滑剤が封止され、かつ防塵・耐水性が確保される。

図２２に示す例では、アウトボード側の軸受シール４１のうち、軸受外輪３２の端部に取付けられる環状のシールケース３８に、回転検出装置本体を嵌合させて設置されている。この場合、磁気エンコーダ７１は、アウトボード側内輪３１の外周に嵌合して取付けられており、回転検出装置１とラジアル方向に対面する。なお、図示しないが、回転検出装置本体を、軸受外輪３２のインボード側の環状のシールケース３８に嵌合させることも可能である。

また、図２３で示す例では、回転検出装置１は、軸受外輪３２に、両ころ３３，３３間で径方向に貫通させたセンサ取付孔６３に挿通して取付けられている。これら鉄道車両用軸受に組み込んでなる回転検出装置付き車輪用軸受においても、逓倍パルスの出力に同期して回転位置検出を行えるので、検出分解能を高めることができる。既存のエンコーダを適用したまま、数十倍の回転パルス数が得られるため、微小な回転を検出することが可能となる。高分解能化と同時に回転検出部の小径化も可能となるため、車両用軸受全体の小形、軽量化に貢献できる。その他アンギュラ玉軸受型の回転検出装置付き車輪用軸受と同様の作用効果を奏する。

なお、上記各実施形態の車輪用軸受は、第３世代型および第４世代型の例について述べたが、この発明の回転検出装置付き車輪用軸受は、ハブと軸受とが別々に設けられる第１世代型や第２世代型の車輪用軸受にも適用でき、また外方部材が回転側で内方部材が固定側の車輪用軸受に適用することもできる。また、アンギュラ玉軸受型に限らず、各種の車輪用軸受に適用することができる。さらに、回転検出装置１で検出する被検出体は、磁気エンコーダに限らず、例えば金属製のギヤ状のパルサリングであっても良い。

この発明の一実施形態に係る車輪用軸受の断面図である。 同車輪用軸受をインボード側から見た側面図である。 同回転検出装置の概略構成を示すブロック図である。 （Ａ）は同回転検出装置におけるエンコーダの一構成例を示す半部断面図、（Ｂ）は同エンコーダの斜視図である。 （Ａ）は同回転検出装置におけるエンコーダの他の構成例を示す半部断面図、（Ｂ）は同エンコーダの斜視図である。 同回転検出装置における補正手段の構成を示すブロック図である。 逓倍パルスのピッチ誤差を示すグラフである。 逓倍パルスのピッチ誤差を示す波形図である。 ピッチ誤差を補正した逓倍パルスのパルス周期を補正前のものと比較したグラフである。 この発明の他の実施形態に係る車輪用軸受の断面図である。 同車輪用軸受をインボード側から見た側面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る車輪用軸受の断面図である。 同車輪用軸受をインボード側から見た側面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る車輪用軸受の断面図である。 同車輪用軸受をインボード側から見た側面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る車輪用軸受の断面図である。 同車輪用軸受をインボード側から見た側面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る車輪用軸受の断面図である。 同車輪用軸受をインボード側から見た側面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る車輪用軸受の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る車輪用軸受の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る車輪用軸受の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る車輪用軸受の断面図である。

符号の説明

１…回転検出装置
４…センサ
１２…逓倍手段
１３…補正手段
１５…識別情報出力手段
１６…誤差パターンデータ記憶手段
１７…補正演算手段
１８…位置情報出力手段
７１…磁気エンコーダ

Claims (6)

1. 回転自在に設けられ円周方向に並ぶ複数の被検出極が等配されたエンコーダと、このエンコーダの前記被検出極を検出してパルスを発生するセンサとを有する回転検出装置を備えた車輪用軸受において、
   前記センサの発生するパルスを、設定された逓倍数に逓倍して逓倍パルスを出力する逓倍手段と、この逓倍手段の出力する逓倍パルスの識別情報を出力する識別情報出力手段とを設けたことを特徴とする回転検出装置付き車輪用軸受。
2. 請求項１において、前記識別情報出力手段の出力する識別情報に基づき前記逓倍手段の出力する逓倍パルスのピッチ誤差を補正する補正手段を設けた回転検出装置付き車輪用軸受。
3. 請求項２において、前記補正手段は、前記逓倍パルスの識別情報毎に、逓倍パルスの誤差情報を対応させて記憶した誤差パターンデータ記憶手段と、前記逓倍手段で発生した逓倍パルスのピッチ誤差を、前記誤差パターンデータ記憶手段の記憶内容を用いて補正する補正演算手段とを有する回転検出装置付き車輪用軸受。
4. 請求項２または請求項３において、前記補正手段は、補正された逓倍パルスに対応した位置情報を出力する位置情報出力手段を有する回転検出装置付き車輪用軸受。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記識別情報が、前記逓倍数の逓倍パルスを発生する毎に１回出力する信号である回転検出装置付き車輪用軸受。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記回転検出装置は、前記センサと前記逓倍手段と速度検出手段とを、共通のセンサチップに集積するか、または共通の基板に設けて一体化したものである回転検出装置付き車輪用軸受。

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