JP2009516160A - 少なくとも３つのひずみゲージを備える変形センサベアリング - Google Patents

Abstract

本発明のベアリングは、回転時に引き起こされる固定レースの１つの領域の変形による擬似正弦波の振幅Ａを判定するための判定システムであって、少なくとも３つのひずみゲージ（７）からなる少なくとも１つの判定システムと、各ゲージ（８）で生成された信号の時間的変動にそれぞれ依存した３つの信号Ｖ_ｉを測定して、それぞれ同じ角度および同じ振幅を有する２つの信号ＳＩＮ，ＣＯＳを形成することができる測定デバイスと、領域（７）の変形の振幅Ａを時間の関数として計算するための計算デバイスであって、式ＳＩＮ^２＋ＣＯＳ^２を計算することにより振幅Ａを推定するように構成された計算デバイスとを備える。

Description

本発明は、固定レースと、回転レースと、それらが相対回転可能となるように両レース間のレースウェイ内に配置された少なくとも１列の転動体とを含むベアリングに関する。

ベアリングは通常、自動車のホイール・ベアリングに応用される。固定レースは自動車の車体と一体化されており、ホイールは回転レースに関連付けられている。
ホイールと、回転するホイールが接する道路との間の界面に加えられる応力を知ることが望ましい場合、タイヤレベルまたは車体レベルで応力を測定することが知られている。しかし、タイヤレベルで測定する場合には、タイヤ回転基準系と計算固定基準系との間で信号を伝送する際に、回転基準系でも計算が可能となるように回転基準系を固定基準系に対して固定的に配置しなければならないため、大きな問題が生じる。車体レベルの測定に関しては、ホイールを車体に連結する種々の要素間で応力が分散されるため、このような車体レベルの測定が困難となる。

したがって、文献ＦＲ−２ ８３９５５３および文献ＦＲ−２ ８１２３５６に記載されているように、ホイールと車体との間の第１の連結要素である固定レースは、自動車が進行しているときにホイールと道路との間の界面に加えられる応力を判定するための支えとして、多くに使用されている。

具体的に、応力の判定は、転動体の通過によって引き起こされる、固定レースの変形を測定することにより行われる。実際、このような変形の振幅は、判定するのに適した応力を表している。

上記のような応力判定法に関する従来の問題の１つは、変形信号が回転速度に依存していることである。実際、低速度の測定品質は十分なものとはいえず、判定は、少なくとも２つの連続した転動体の通過によって引き起こされた変形を測定した後でなければ利用することができない。

したがって、例えばＡＢＳまたはＥＳＰのような車両力学を制御するシステムで必要とされるような、リアルタイムまたは最短遅延時間での応力測定の実行が必要とされる場合には、この問題は一層重大となる。

本発明は、このような問題に対処するものであって、その目的は、固定レースの変形の振幅を判定するためのシステムであって、任意の時間に、かつ回転速度とは無関係に固定レースの変形を測定して応力判定することができるシステムを備えたベアリングを提供することにある。

上記問題に対処するために、本発明では、固定レースの変形の振幅を判定するためのシステムを備えたベアリングにおいて、上記システムが、任意の時間に、かつ回転速度とは無関係に固定レースの変形を測定して応力判定することができるように変形信号の空間的補間を実施するように構成されている。

上記目的に関して、第１の実施形態によれば、本発明は、固定レースと、回転レースと、それらの相対回転が可能となるように、該固定レースおよび回転レース間に形成されたレースウェイ内に角距離λで均一に分散して配置された少なくとも１列の転動体とを含むベアリングであって、回転時に引き起こされた前記固定レースの領域の変形による疑似正弦波の振幅Ａを判定するための少なくとも１つの判定システムを備えるベアリングにおいて、前記判定システムが、λ／４に等しい間隔で前記領域上に均一に分散された３つのひずみゲージであって、各ひずみゲージで受けた前記変形に応じた信号をそれぞれ送出する３つのひずみゲージと、回転時に各ひずみゲージで生成された前記信号の時間的変動にそれぞれ依存した３つの信号Ｖ_ｉを測定し、該３つの信号Ｖ_ｉの組み合わせにより、それぞれ同じ角度および同じ振幅の２つの信号ＳＩＮ，ＣＯＳを形成することができる測定デバイスであって、前記２つの信号の振幅がＡに依存している、測定デバイスと、前記領域の前記変形の前記振幅Ａを時間の関数として計算する計算デバイスであって、式ＳＩＮ^２＋ＣＯＳ^２を計算して前記振幅Ａを推定するように構成された計算デバイスとを備える。

具体的には、前記３つのひずみゲージ（７）は複数の抵抗素子に基づくものであり、各ひずみゲージはそれが受けた前記変形に応じて変化する電気抵抗Ｒ_ｉを有する。
また、前記測定デバイスは前記３つのひずみゲージ間における電流ループ接続を含み、該電流ループ接続は第１段の３つの可変利得Ｇ_ｉ差動増幅器を含む。

回転時にベアリングの変形領域に配置されているひずみゲージにより生成された信号の周波数領域分析から種々の干渉信号の存在を確認することができる。特に、ボールの通過によって引き起こされる信号は、回転欠陥の存在に対応する周波数において乱れる。回転レースの真円度欠陥に対応する回転周波数の２倍の周波数を有する信号を識別可能であるとともに、回転レースの偏心欠陥に対応する回転周波数と同一周波数を有する信号を識別可能である。

追加の態様では、本発明は、回転時に引き起こされるベアリングの固定レースの領域の変形による擬似正弦波の振幅の測定結果の信号の品質を高めるために、上記のような干渉信号の影響をなくすことを目的とする。

この目的に関して、第１の実施形態に相補的な第２の実施形態によれば、本発明は、第４のひずみゲージであって、同ゲージで受けた前記変形に応じた信号を送出する第４のひずみゲージをさらに備え、前記第４のひずみゲージは、他の前記３つのひずみゲージのうちの１つからλ／４に等しい距離だけ隔てられており、前記電流ループ接続は、回転時に各ひずみゲージで生成された前記信号の時間的変動にそれぞれ依存した４つの信号Ｖ_ｉを送出するように前記第４のひずみゲージと前記第１段内における第４の可変利得Ｇ_ｉ差動増幅器とを含み、前記測定デバイスはさらに、差Ｖ_１−Ｖ_２、差Ｖ_２−Ｖ_３、および差Ｖ_４−Ｖ_３の信号を形成するように接続された３つの差動増幅器を含む第２段の複数の差動増幅器を備えるとともに、該第２段からの３つの信号を組み合わせて前記信号ＳＩＮ，ＣＯＳを送出するための少なくとも第３段の複数の差動増幅器を備える。

第２の実施形態に相補的な第３の実施形態によれば、本発明は、第５のひずみゲージであって、同ゲージで受けた前記変形に応じた信号を送出する第５のひずみゲージをさらに備え、前記第５のひずみゲージは、他の前記４つのひずみゲージのうちの１つからλ／４に等しい距離だけ隔てられており、前記電流ループ接続は、回転時に各ひずみゲージで生成された前記信号の時間的変動にそれぞれ依存した５つの信号Ｖ_ｉを送出するように前記第５のひずみゲージと前記第１段内における第５の可変利得Ｇ_ｉ差動増幅器とを含み、前記測定デバイスはさらに、差Ｖ_１−Ｖ_２、差Ｖ_２−Ｖ_３、差Ｖ_４−Ｖ_３、および差Ｖ_５−Ｖ_４の信号を形成するように接続された４つの差動増幅器を含む第２段の複数の差動増幅器を備えるとともに、該第２段からの４つの信号を組み合わせて前記信号ＳＩＮ，ＣＯＳを送出するための少なくとも第３段の複数の差動増幅器を備える。

第２および第３の実施形態では、前記測定デバイスが、第３段および第４段の複数の差動増幅器を備え、前記第３段が前記第２段からの信号を組み合わせ、前記第４段が前記第２段および／または前記第３段からの信号を組み合わせることにより、信号ＳＩＮ，ＣＯＳを送出する。

第２の実施形態に相補的な第４の実施形態によれば、本発明は、３つの追加のひずみゲージであって、同ゲージで受けた前記変形に応じた信号をそれぞれ送出する３つの追加のひずみゲージをさらに備え、前記３つの追加のひずみゲージは、λ／８に等しい間隔で前記領域上に均一に分散された７つのひずみゲージからなる１セットのゲージ群を形成するように他の前記４つのひずみゲージ間に介在され、前記電流ループ接続は、回転時に各ひずみゲージで生成された前記信号の時間的変動にそれぞれ依存した７つの信号Ｖ_ｉを送出するように前記１セットのゲージ群と前記第１段内における７つの可変利得Ｇ_ｉ差動増幅器とからなり、前記測定デバイスはさらに、差Ｖ_１−Ｖ_２、差Ｖ_２−Ｖ_３、差Ｖ_３−Ｖ_４、差Ｖ_４−Ｖ_５、差Ｖ_５−Ｖ_６、および差Ｖ_６−Ｖ_７の信号を形成するように接続された６つの差動増幅器を含む第２段の複数の差動増幅器を備えるとともに、該第２段からの６つの信号を組み合わせて前記信号ＳＩＮ，ＣＯＳを送出するための少なくとも第３段の複数の差動増幅器を備える。

第４の実施形態では、前記測定デバイスが、第３段、第４段、および第５段の複数の差動増幅器を備え、前記第３段が前記第２段からの信号を組み合わせ、前記第４段が前記第２段および前記第３段からの信号を組み合わせ、前記第５段が前記第４段からの信号を組み合わせることにより、信号ＳＩＮ，ＣＯＳを送出する。

本発明の他の目的および利点は、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照することにより理解し得る。

本発明は、固定レース１と、回転レース２と、それらの相対回転が可能となるように、両レース間に形成されたレースウェイ内に位置する少なくとも１列の転動体とを含むベアリングに関するものである。

固定レース１は固定構造に関連付けられており、回転レースは回転要素に関連付けられるている。特に、ベアリングは自動車のホイールのベアリングであり、固定構造は自動車の車体であり、回転要素はホイールである。

図１を参照して、そのようなホイール・ベアリングを説明する。ホイール・ベアリングは２列のボールを含み、固定アウターレース１と回転インナーレース２との間に設けられたレースウェイ内においてそれぞれ同軸上に配置されている。また、固定レース１には、車体に固定レース１を固定するための手段が設けられ、この手段は４つの放射状突起４を備えるフランジ３からなり、このフランジ３にはネジ留めを行うための軸孔５が形成されている。

ボールは、空間的周期とも呼ばれる角距離λで、レースウェイ内に均一に分散されている。公知の実施形態によれば、ボール間の分離距離はケージ（cage）内にボールを配置することにより保持されている。

本発明は、ホイールと、回転するホイールが接する道路との間の界面に加えられる応力を推定できるように、少なくとも固定レース１の領域６の変形の振幅を判定できるようにすることを目的とする。

実際には、レースウェイ内をボールが通過すると固定レース１の圧縮および弛緩が引き起こされる。したがって、回転時、固定レース１は、正弦曲線により近似しうる周期的な変形を受ける。以下の説明では、回転時の固定レース１の変形に関する波形を、変形による擬似正弦波という。

この変形による擬似正弦波は、ベアリングが受ける負荷に依存した振幅、すなわち界面に加えられた応力と、回転レースの回転速度およびボールの個数に比例した周波数とによって特徴付けられる。

なお、疑似正弦波の振幅が個々に判定される２列のボールを含むホイール・ベアリングに関して説明するが、当業者であれば、他の種類のベアリング、および／または少なくとも固定レース１の領域６の擬似正弦波の振幅を判定することが望ましいとされる他の用途にも本発明を直接的に適用することができる。

本発明によれば、ベアリングは、回転時に引き起こされる固定レース１の領域６の変形による擬似正弦波の振幅Ａを判定するための少なくとも１つのシステムを備える。このシステムは３つのひずみゲージ７を備える。

３つのゲージ７は、各ゲージで受けた上記変形に応じた信号をそれぞれ送出することができる。図１に示されているように、これらのゲージ７は、通常回転方向に伸びる直線に沿って領域６上に均一に分散されている。

判定システムはさらに、回転時に各ゲージ７で生成された信号の時間的変動にそれぞれ依存した３つの信号Ｖ_ｉを測定するための測定デバイスを含む。この測定デバイスは、それら３つの信号Ｖ_ｉを組み合わせることにより、それぞれ同じ角度および同じ振幅の２つの信号ＳＩＮ，ＣＯＳを形成することができる。ここで、それら２つの信号ＳＩＮ，ＣＯＳの振幅は、振幅Ａに依存する。

振幅Ａは、例えばプロセッサ（図に示されていない）により形成された計算デバイスを通じて、上記２つの信号ＳＩＮ，ＣＯＳから、式ＳＩＮ^２＋ＣＯＳ^２を計算することにより推定することができる。

したがって、振幅の計算が回転速度とは無関係に実行される。このため、変形の時間的判定に伴う遅延または品質の問題を解消することができる。
次に、図２〜図５を参照しながら、本発明による判定システムの４つの実施形態を説明する。複数のゲージ７は、複数の抵抗素子、具体的にはピエゾ抵抗または磁歪素子に基づくものであり、各ゲージ７はそれが受ける上記変形に応じて変化する電気抵抗Ｒ_ｉを有している。詳しくは、複数のゲージ７は、複数の抵抗からなる１つのブロックであって、該ブロック内の位置のレベルの抵抗値を表す平均抵抗値を得るために組み合わされた複数の抵抗からなる１つのブロック、すなわちただ１つの抵抗を含む。

図示された実施形態によれば、測定デバイスは、複数のゲージ７と電源ｉとの間に電流ループ接続を構成する。この電流ループ接続は、第１段の複数の可変利得Ｇ_ｉ差動増幅器８を備える。また、測定デバイスはさらに、図示されていないが、信号をフィルタ処理するための段を備えることができる。

図２に示すように、第１の実施形態は、電流ループ内で直列に接続された３つのゲージ７を含み、第１段は、以下の信号を送出する３つの差動増幅器８を含む。
Ｖ_１＝Ｇ_１×（Ｒ_０１＋ΔＲ_１ｓｉｎ（ωｔ））ｉ
Ｖ_２＝Ｇ_２×（Ｒ_０２＋ΔＲ_２ｓｉｎ（ωｔ＋φ））ｉ
Ｖ_３＝Ｇ_３×（Ｒ_０３＋ΔＲ_３ｓｉｎ（ωｔ＋２φ））ｉ
ここで、Ｒ_ｏｉは抵抗Ｒ_ｉの静止時の値であり、ΔＲ_ｉはゲージ７の抵抗の変動値であり、ω＝２π／Ｔ（Ｔは周期）であり、φはゲージ７間の空間位相差であり、ｉはループ内の電流の強度である。

標本関数の正弦特性（時間と比較した）は、以下の計算を簡素化することを意図するが、これに制限されない。この仮説は、ベアリングが一定速度（ωが一定）で回転するものと仮定することを意味する。

図２に示す実施形態によれば、測定デバイスはさらに、差Ｖ_１−Ｖ_２および差Ｖ_３−Ｖ_２を形成するように配置された第２段の２つの差動増幅器９を含む。利得Ｇ_１、利得Ｇ_２、利得Ｇ_３を調節することにより、等式Ｇ_１ΔＲ_１＝Ｇ_２ΔＲ_２＝Ｇ_３ΔＲ_３＝ＧΔＲを得ることができる。

φ＝π／２である特定の場合、つまりゲージ７がλ／４に等しい距離だけ隔てられている場合、差Ｖ_１−Ｖ_２および差Ｖ_３−Ｖ_２は以下のように表される。

したがって、第１の実施形態では、測定デバイスにより、信号ＣＯＳ＝Ｖ_１−Ｖ_２および信号ＳＩＮ＝Ｖ_３−Ｖ_２を直接得ることが可能である。

したがって、式ＳＩＮ^２＋ＣＯＳ^２を計算すると、

が得られ、これにより、計算デバイスの出力において、時間の関数としての振幅Ａを、ΔＲに応じて得ることが可能である。

次に、図３〜図５を参照して、転動体の通過により引き起こされる擬似正弦波信号内における干渉信号、より具体的には、真円度（out-of-roundness）信号または偏心信号などの回転周波数に依存した周波数を有する信号の影響を、フィルタを使用することによりなくすための３つの実施形態を説明する。このような実施形態では、測定デバイスは、雑音を低減するためにフィルタ処理された信号ＳＩＮ，ＣＯＳを得ることができ、これにより、変形による擬似正弦波の振幅を判定する際の精度を高めることができる。

これら３つの実施形態では、ベアリングの一般的構造、すなわち、複数のひずみゲージ７やそれらのベアリング上のレイアウトは、第１の実施形態、具体的には図１で説明したものと同様である。

図３に示すように、第２の実施形態は４つのひずみゲージ７を含み、それらは各ゲージで受けた上記変形に応じた信号をそれぞれ送出する。４つのゲージ７は、λ／４に等しい間隔で領域６上に均一に分散されている。電流ループ接続は、直列に接続された４つのゲージ７を含み、第１段は、以下の信号を送出する４つの差動増幅器８を含む。

Ｖ_１＝Ｇ_１［Ｒ_０１＋ΔＲ_１ｓｉｎ（ω_１ｔ）＋β_１ｓｉｎ（ω_２ｔ＋φ）］ｉ
Ｖ_２＝Ｇ_２［Ｒ_０２＋ΔＲ_２ｓｉｎ（ω_１ｔ＋π／２）＋β_２ｓｉｎ（ω_２ｔ＋２φ）］ｉ
Ｖ_３＝Ｇ_３［Ｒ_０３＋ΔＲ_３ｓｉｎ（ω_１ｔ＋π）＋β_３ｓｉｎ（ω_２ｔ＋３φ）］ｉ
Ｖ_４＝Ｇ_４［Ｒ_０４＋ΔＲ_４ｓｉｎ（ω_１ｔ＋３π／２）＋β_４ｓｉｎ（ω_２ｔ＋４φ）］ｉ
ここで、干渉信号は、振幅β、脈動ω_２、およびボールの回転により引き起こされる信号に関する位相φを有する。具体的には、干渉信号が真円度に因るものであるとき、位相差φは、１４ボール・ベアリングの場合には以下のように定義できる。

φ＝（λ×３６０）／（４×７×λ）＝１２．８２°＝定数
測定デバイスはさらに、信号Ｖ_ｉ間を減算して以下の信号を形成することにより、連続成分を除去することが可能な３つの差動増幅器９を含む第２段を備える。

ただし、Ｇ_１β_１＝Ｇ_２β_２＝Ｇ_３β_３＝Ｇ_４β_４＝βとする。

測定デバイスはさらに、第３段および第４段の複数の差動増幅器を備える。第３段は、第２段からの信号Ｕ_１，Ｕ_３を組み合わせて信号を形成する差動増幅器１０を含む。
Ｗ_１＝Ｕ_１−Ｕ_３＝［−４βｓｉｎ（φ／２）ｃｏｓ（φ）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋５φ／２）］×ｉ
ここで、第３段の増幅器１０の利得を調節することにより、以下の信号が得られる。

Ｗ_２＝１／（２ｃｏｓφ）Ｗ_１＝［−２βｓｉｎ（φ／２）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋５φ／２）］×ｉ
第４段は、第３段からの信号Ｗ_２と第２段からの信号Ｕ_２とを組み合わせて以下の信号ＣＯＳを送出する増幅器１１を含む。

信号ＳＩＮについては、以下の３つの解のうちの１つに従って求めることができる。

または、
ＳＩＮ＝Ｕ_３
または、
ＳＩＮ＝Ｕ_１
なお、これらの３つの組み合わせでは、干渉周波数ω_２による分散が生じるために完全な信号ＳＩＮとはならない。しかしながら、このように判定された変形の振幅Ａは、いくつかの用途では許容範囲にあるとみなせる誤差を有する。

図４および図５を参照して以下で説明する第３および第４の実施形態では、それぞれ、干渉なしで信号ＳＩＮを得ることが可能である。
図４に示すように、第３の実施形態は５つのひずみゲージ７を含み、それらは各ゲージで受けた上記変形に応じた信号をそれぞれ送出する。５つのゲージ７は、λ／４に等しい間隔で領域６上に均一に分散されている。電流ループ接続は、直列に接続された５つのゲージ７を含み、第１段は、以下の信号を送出する５つの差動増幅器８を含む。

Ｖ_１＝Ｇ_１［Ｒ_０１＋ΔＲ_１ｓｉｎ（ω_１ｔ）＋β_１ｓｉｎ（ω_２ｔ＋φ）］ｉ
Ｖ_２＝Ｇ_２［Ｒ_０２＋ΔＲ_２ｓｉｎ（ω_１ｔ＋π／２）＋β_２ｓｉｎ（ω_２ｔ＋２φ）］ｉ
Ｖ_３＝Ｇ_３［Ｒ_０３＋ΔＲ_３ｓｉｎ（ω_１ｔ＋π）＋β_３ｓｉｎ（ω_２ｔ＋３φ）］ｉ
Ｖ_４＝Ｇ_４［Ｒ_０４＋ΔＲ_４ｓｉｎ（ω_１ｔ＋３π／２）＋β_４ｓｉｎ（ω_２ｔ＋４φ）］ｉ
Ｖ_５＝Ｇ_５［Ｒ_０５＋ΔＲ_５ｓｉｎ（ω_１ｔ＋π）＋β_５ｓｉｎ（ω_２ｔ＋５φ）］ｉ
ここで、干渉信号は、振幅β、脈動ω_２、およびボールの回転により引き起こされる信号に関する位相φを有する。

測定デバイスはさらに、信号Ｖ_ｉ間を減算して以下の信号を形成することにより、連続成分を除去することが可能な４つの差動増幅器９を含む第２段を備える。

測定デバイスはさらに、第３段および第４段の差動増幅器を備える。第３段は、第２段からの信号Ｕ_１〜Ｕ_４を組み合わせて信号を形成する２つの差動増幅器１０を含む。

Ｗ_１＝Ｕ_１−Ｕ_３＝［−４βｓｉｎ（φ／２）ｃｏｓ（φ）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋５φ／２）］×ｉ
Ｗ_３＝Ｕ_４−Ｕ_２＝［−４βｓｉｎ（φ／２）ｃｏｓ（φ）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋７φ／２）］×ｉ
ここで、第３段の増幅器１０の利得を調節すると、以下の信号が得られる。

Ｗ_２＝１／（２ｃｏｓφ）Ｗ_１＝［−２βｓｉｎ（φ／２）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋５φ／２）］×ｉ
Ｗ_４＝１／（２ｃｏｓφ）Ｗ_３＝［２βｓｉｎ（φ／２）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋７φ／２）］×ｉ
第４段は、第３段からの信号Ｗ_２，Ｗ_４と第２段からの信号Ｕ_２，Ｕ_３とを以下のように組み合わせて信号ＣＯＳ，ＳＩＮを送出する２つの増幅器１１を含む。

したがって、第３の実施形態では、測定デバイスにより、それぞれ同じ角度および同じ振幅（Ａに依存する振幅）を有するフィルタ処理された信号ＣＯＳ，ＳＩＮを直接得ることが可能である。

したがって、式ＳＩＮ^２＋ＣＯＳ^２を計算すると、

が得られ、これにより、計算デバイスの出力において、時間の関数としての振幅Ａを、ΔＲに応じて得ることが可能である。

図５に示すように、第４の実施形態は７つのひずみゲージ７を含み、それらは各ゲージで受けた上記変形に応じた信号をそれぞれ送出する。７つのゲージ７は、λ／８に等しい間隔で領域６上に均一に分散されている。電流ループ接続は、直列に接続された７つのゲージ７を含み、第１段は、以下の信号を送出する７つの差動増幅器８を含む。

Ｖ_１＝Ｇ_１［Ｒ_０１＋ΔＲ_１ｓｉｎ（ω_１ｔ）＋β_１ｓｉｎ（ω_２ｔ＋φ）］ｉ
Ｖ_２＝Ｇ_２［Ｒ_０２＋ΔＲ_２ｓｉｎ（ω_１ｔ＋π／２）＋β_２ｓｉｎ（ω_２ｔ＋３φ／２）］ｉ
Ｖ_３＝Ｇ_３［Ｒ_０３＋ΔＲ_３ｓｉｎ（ω_１ｔ＋π）＋β_３ｓｉｎ（ω_２ｔ＋２φ）］ｉ
Ｖ_４＝Ｇ_４［Ｒ_０４＋ΔＲ_４ｓｉｎ（ω_１ｔ＋３π／２）＋β_４ｓｉｎ（ω_２ｔ＋５φ／２）］ｉ
Ｖ_５＝Ｇ_５［Ｒ_０５＋ΔＲ_５ｓｉｎ（ω_１ｔ＋π）＋β_５ｓｉｎ（ω_２ｔ＋３φ）］ｉ
Ｖ_６＝Ｇ_６［Ｒ_０６＋ΔＲ_６ｓｉｎ（ω_１ｔ＋π）＋β_６ｓｉｎ（ω_２ｔ＋７φ／２）］ｉ
Ｖ_７＝Ｇ_７［Ｒ_０５＋ΔＲ_７ｓｉｎ（ω_１ｔ＋π）＋β_７ｓｉｎ（ω_２ｔ＋４φ）］ｉ
ここで、干渉信号は、振幅β、脈動ω_２、およびボールの回転により引き起こされる信号に関する位相φを有する。

測定デバイスはさらに、信号Ｖ_ｉ間を減算して以下の信号を形成することにより、連続成分を除去することが可能な６つの差動増幅器（図示せず）を含む第２段を備える。
Ｕ_１＝Ｖ_１−Ｖ_２＝［−２ＧΔＲｃｏｓ（ω_１ｔ＋π／８）ｓｉｎ（π／８）−２βｓｉｎ（φ／４）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋５φ／４）］×ｉ
Ｕ_２＝Ｖ_２−Ｖ_３＝［−２ＧΔＲｃｏｓ（ω_１ｔ＋３π／８）ｓｉｎ（π／８）−２βｓｉｎ（φ／４）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋７φ／４）］×ｉ
Ｕ_３＝Ｖ_３−Ｖ_４＝［−２ＧΔＲｃｏｓ（ω_１ｔ＋５π／８）ｓｉｎ（π／８）−２βｓｉｎ（φ／４）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋９φ／４）］×ｉ
Ｕ_４＝Ｖ_４−Ｖ_５＝［−２ＧΔＲｃｏｓ（ω_１ｔ＋７π／８）ｓｉｎ（π／８）−２βｓｉｎ（φ／４）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋１１φ／４）］×ｉ
Ｕ_５＝Ｖ_５−Ｖ_６＝［−２ＧΔＲｃｏｓ（ω_１ｔ＋９π／８）ｓｉｎ（π／８）−２βｓｉｎ（φ／４）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋１３φ／４）］×ｉ
Ｕ_６＝Ｖ_６−Ｖ_７＝［−２ＧΔＲｃｏｓ（ω_１ｔ＋１１π／８）ｓｉｎ（π／８）−２βｓｉｎ（φ／４）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋１５φ／４）］×ｉ
測定デバイスはさらに、第３段、第４段および第５段の差動増幅器（図示せず）を備える。

第３段は、第２段からの信号Ｕ_ｉを組み合わせて信号を形成する３つの差動増幅器を含む。
Ｗ_１＝Ｕ_２＋Ｕ_６＝［−４βｓｉｎ（φ／４）ｃｏｓ（φ）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋１１φ／４）］×ｉ
Ｗ_３＝Ｕ_１＋Ｕ_５＝［−４βｓｉｎ（φ／４）ｃｏｓ（φ）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋９φ／４）］×ｉ
Ｗ_５＝Ｕ_１＋Ｕ_２＋Ｕ_５＋Ｕ_６＝［−４βｓｉｎ（φ／２）ｃｏｓ（φ）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋５φ／２）］×ｉ
ここで、第３段の増幅器の利得を調節することにより、以下の信号が得られる。

Ｗ_２＝１／（２ｃｏｓφ）Ｗ_１＝［−２βｓｉｎ（φ／２）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋１１φ／４）］×ｉ
Ｗ_４＝１／（２ｃｏｓφ）Ｗ_３＝［２βｓｉｎ（φ／２）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋９φ／４）］×ｉ
Ｗ_６＝１／（２ｃｏｓφ）Ｗ_１＝［−２βｓｉｎ（φ／２）ｃｏｓ（ω_２ｔ＋５φ／２）］×ｉ
第４段は、第３段からの信号Ｗ_ｉと第２段からの信号Ｕ_ｉとを以下のように組み合わせて信号を送出する３つの増幅器を含む。

Ｘ_１＝Ｕ_９−Ｗ_２＝［−２ＧΔＲｓｉｎ（π／８）ｃｏｓ（ω_１ｔ＋７π／８）］×ｉ
Ｘ_２＝Ｕ_３−Ｗ_４＝［−２ＧΔＲｓｉｎ（π／８）ｃｏｓ（ω_１ｔ＋５π／８）］×ｉ

その結果、第４段は、対応する差動増幅器の利得を調節することにより、以下の信号ＣＯＳを送出する。

増幅器を備える第５段は、第４段からの信号を組み合わせ、以下の式に従って増幅器の利得を調節することにより信号ＳＩＮを送出する。

ＳＩＮ＝１／（４ｓｉｎ^２（π／８））＊（Ｘ１−Ｘ２）＝［ＧΔＲｓｉｎ（ω_１ｔ＋３π／４）］×ｉ
したがって、第４の実施形態では、測定デバイスにより、それぞれ同じ角度および同じ振幅（Ａに依存する振幅）を有するフィルタ処理された信号ＣＯＳ，ＳＩＮを直接得ることが可能である。

したがって、式ＳＩＮ^２＋ＣＯＳ^２を計算すると、［ＧΔＲ］^２×ｉ^２が得られ、これにより、計算デバイスの出力において、時間の関数としての振幅Ａを、ΔＲに応じて得ることが可能である。

図１に示すベアリングの配列では、複数のゲージ７は、固定レース１の変形領域６上に固定された基板１２上に配置されている。基板１２は、例えば、固定レース１とゲージ７との間で変形を伝達する機能も有するように、接着剤で接着するか、または溶接することにより、固定レース１に堅く固定される。

上述のすべてのゲージ７は、抵抗素子に基づいており、例えば、弾性表面波センサおよび磁界センサのうちから選択されたセンサを、変形に応じた信号を送出する場合において本発明の範囲内で使用できる。より具体的には、磁界センサは、磁気抵抗、巨大な磁気抵抗、ホール効果、トンネル効果または磁歪層タイプの磁気抵抗の感知素子に基づくことができる。

図示の実施形態では、複数のゲージ７は、例えば、セラミック製の基板１２上の厚い層にスクリーン印刷される。より具体的には、ハイブリッド回路タイプの技術により、測定デバイスおよび計算デバイスを基板１２上に一体化することが可能である。また、スクリーン印刷では、抵抗値を正しく調整するだけでなく、基板１２上の抵抗位置を正確に位置決めしつつ正しい感度にするよう抵抗を変形することが可能である。

変形領域６は、実質的に平面となるように、かつ２列のボールの上に伸びるように機械加工される。この実施形態では、複数のゲージ７は、レースウェイ上に均一に分散されることはなく、そのため、測定された変形の振幅は、想定されるゲージ７に依存する。

ゲージ７は、固定レース１の湾曲面に直接固定してもよく、例えば、ゲージ７は、薄膜フレーム・タイプであってよい。この場合は、製作時に、ゲージ７とレースウェイとの間のすべての距離を等しくすることが可能である。

図１に示す実施形態では、２つの判定システムのゲージ７は、各レースウェイの近くに、領域６の変形の振幅を判定する少なくとも１つの判定システムが備えられるように同じ基板１２上に一体化される。

具体的には、ゲージ７は、測定されるべき信号の強度を高めるために、各レースウェイに実質的に対向するようにして固定レース１の外周上に配置される。したがって、ゲージ７を載せた基板１２により、同じ軸平面内で、実質的に１列のボールにより引き起こされる変形の振幅を判定することが可能である。

ベアリングはさらに、固定レース１の領域６の変形の振幅を判定するために、少なくとも３つ（図１に示す実施形態では８つ、すなわち、図示する４つと、ベアリングの背後に対称的に配置されている４つ）のシステムを備えることもできる。これら複数のシステムは、固定レース上、および／または回転レースと一体化された要素上で回転する際に加えられた応力を、判定された振幅に応じて計算することができる計算機に接続されるか、またはそのような接続が意図される。具体的には、このような計算機は、文献ＦＲ−２ ８３９５５３で説明されている。

変形による擬似正弦波の振幅を判定する４つのシステムにおける、それぞれ固定レースの領域に配置された複数のゲージを示すベアリングの一実施形態の斜視図。 本発明による判定システムの第１の実施形態のブロック図。 本発明による判定システムの第２の実施形態の部分ブロック図。 本発明による判定システムの第３の実施形態のブロック図。 本発明による判定システムの第４の実施形態のブロック図。

Claims (13)

1. 固定レース（１）と、回転レース（２）と、それらの相対回転が可能となるように、該固定レースおよび回転レース間に形成されたレースウェイ内に角距離λで均一に分散して配置された少なくとも１列の転動体とを含むベアリングであって、回転時に引き起こされた前記固定レース（１）の領域（６）の変形による疑似正弦波の振幅Ａを判定するための少なくとも１つの判定システムを備えるベアリングにおいて、
   前記判定システムが、
   λ／４に等しい間隔で前記領域上に均一に分散された３つのひずみゲージ（７）であって、各ひずみゲージで受けた前記変形に応じた信号をそれぞれ送出する３つのひずみゲージ（７）と、
   回転時に各ひずみゲージ（７）で生成された前記信号の時間的変動にそれぞれ依存した３つの信号Ｖ_ｉを測定し、該３つの信号Ｖ_ｉの組み合わせにより、それぞれ同じ角度および同じ振幅の２つの信号ＳＩＮ，ＣＯＳを形成することができる測定デバイスであって、前記２つの信号の振幅がＡに依存している、測定デバイスと、
   前記領域（６）の変形の前記振幅Ａを時間の関数として計算する計算デバイスであって、式ＳＩＮ^２＋ＣＯＳ^２を計算することにより前記振幅Ａを推定するように構成されている計算デバイスと、
   を備えることを特徴とするベアリング。
2. 前記３つのひずみゲージ（７）は抵抗素子に基づくものであり、各ひずみゲージはそれが受けた前記変形に応じて変化する電気抵抗Ｒ_ｉを有する、請求項１に記載のベアリング。
3. 前記測定デバイスは前記３つのひずみゲージ（７）間における電流ループ接続を含み、該電流ループ接続は第１段の３つの可変利得Ｇ_ｉ差動増幅器（８）を含むことを特徴とする請求項２に記載のベアリング。
4. 前記測定デバイスはさらに、差Ｖ_１−Ｖ_２＝ＣＯＳおよび差Ｖ_３−Ｖ_２＝ＳＩＮを形成するように接続された第２段の複数の差動増幅器（９）を含むことを特徴とする請求項３に記載のベアリング。
5. 第４のひずみゲージ（７）であって、同ゲージで受けた前記変形に応じた信号を送出する第４のひずみゲージ（７）をさらに備え、前記第４のひずみゲージは、他の前記３つのひずみゲージ（７）のうちの１つからλ／４に等しい距離だけ隔てられており、前記電流ループ接続は、回転時に各ひずみゲージ（７）で生成された前記信号の時間的変動にそれぞれ依存した４つの信号Ｖ_ｉを送出するように前記第４のひずみゲージと前記第１段内における第４の可変利得Ｇ_ｉ差動増幅器（８）とを含み、前記測定デバイスはさらに、差Ｖ_１−Ｖ_２、差Ｖ_２−Ｖ_３、および差Ｖ_４−Ｖ_３の信号を形成するように接続された３つの差動増幅器（９）を含む第２段の複数の差動増幅器を備えるとともに、該第２段からの３つの信号を組み合わせて前記信号ＳＩＮ，ＣＯＳを送出するための少なくとも第３段の複数の差動増幅器（１０，１１）を備えることを特徴とする請求項３に記載のベアリング。
6. 第５のひずみゲージ（７）であって、同ゲージで受けた前記変形に応じた信号を送出する第５のひずみゲージ（７）をさらに備え、前記第５のひずみゲージは、他の前記４つのひずみゲージ（７）のうちの１つからλ／４に等しい距離だけ隔てられており、前記電流ループ接続は、回転時に各ひずみゲージ（７）で生成された前記信号の時間的変動にそれぞれ依存した５つの信号Ｖ_ｉを送出するように前記第５のひずみゲージと前記第１段内における第５の可変利得Ｇ_ｉ差動増幅器（８）とを含み、前記測定デバイスはさらに、差Ｖ_１−Ｖ_２、差Ｖ_２−Ｖ_３、差Ｖ_４−Ｖ_３、および差Ｖ_５−Ｖ_４の信号を形成するように接続された４つの差動増幅器（９）を含む第２段の複数の差動増幅器を備えるとともに、該第２段からの４つの信号を組み合わせて前記信号ＳＩＮ，ＣＯＳを送出するための少なくとも第３段の複数の差動増幅器（１０，１１）を備えることを特徴とする請求項５に記載のベアリング。
7. ３つの追加のひずみゲージ（７）であって、同ゲージで受けた前記変形に応じた信号をそれぞれ送出する３つの追加のひずみゲージ（７）をさらに備え、前記３つの追加のひずみゲージ（７）は、λ／８に等しい間隔で前記領域（６）上に均一に分散された７つのひずみゲージ（７）からなる１セットのゲージ群を形成するように他の前記４つのひずみゲージ（７）間に介在され、前記電流ループ接続は、回転時に各ひずみゲージ（７）で生成された前記信号の時間的変動にそれぞれ依存した７つの信号Ｖ_ｉを送出するように前記１セットのゲージ群（７）と前記第１段内における７つの可変利得Ｇ_ｉ差動増幅器（８）とからなり、前記測定デバイスはさらに、差Ｖ_１−Ｖ_２、差Ｖ_２−Ｖ_３、差Ｖ_３−Ｖ_４、差Ｖ_４−Ｖ_５、差Ｖ_５−Ｖ_６、および差Ｖ_６−Ｖ_７の信号を形成するように接続された６つの差動増幅器（８）を含む第２段の複数の差動増幅器を備えるとともに、該第２段からの６つの信号を組み合わせて前記信号ＳＩＮ，ＣＯＳを送出するための少なくとも第３段の複数の差動増幅器（１０，１１）を備えることを特徴とする請求項５に記載のベアリング。
8. 前記測定デバイスが、第３段および第４段の複数の差動増幅器（１０，１１）を備えており、前記第３段が前記第２段からの信号を組み合わせ、前記第４段が前記第２段および／または前記第３段からの信号を組み合わせることにより、フィルタ処理された信号ＳＩＮ，ＣＯＳを送出することを特徴とする請求項５または６に記載のベアリング。
9. 前記測定デバイスが、第３段、第４段、および第５段の複数の差動増幅器を備えており、前記第３段が前記第２段からの信号を組み合わせ、前記第４段が前記第２段および前記第３段からの信号を組み合わせ、前記第５段が前記第４段からの信号を組み合わせることにより、フィルタ処理された信号ＳＩＮ，ＣＯＳを送出することを特徴とする請求項７に記載のベアリング。
10. 少なくとも１つの段の少なくとも１つの差動増幅器（９〜１１）が可変利得を有することを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項に記載のベアリング。
11. 前記各ひずみゲージ（７）が、前記固定レース（１）の変形する前記領域（６）上にて固定された基板（１２）上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のベアリング。
12. 前記各ひずみゲージ（７）が、通常回転方向に伸びる直線に沿って、前記領域（６）上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のベアリング。
13. 前記各ひずみゲージ（７）が、前記レースウェイと実質的に対向するように、前記固定レース（１）の外周上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のベアリング。

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