JP2010002195A - センサ付き転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｙ１信号のクロストークを排除するか又は線形化することができるセンサ付き転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】車体側に固定される筒状の固定軌道輪と、この固定軌道輪の内部に回転自在に挿通され且つ車輪の取付部分を有する回転軌道輪と、これらの軌道輪の間に転動自在に配設される複列の転動体とを備えており、前記回転軌道輪の外周面とのギャップを検出するセンサ装置が、前記固定軌道輪に設けられてなるセンサ付き転がり軸受装置。前記センサ装置は、円周方向に沿って複数設けられた変位センサからなっている。前記転がり軸受装置は、さらに、前記複数の変位センサのうち、一方のセンサの出力信号を他方の変位センサの出力信号よりも増幅する増幅部を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明はセンサ付き転がり軸受装置に関する。さらに詳しくは、自動車などの車両に用いられ、当該車両の車輪から情報を得るセンサを備えたセンサ付き転がり軸受装置に関する。

近年、自動車において、走行時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速度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に、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センサを設けることが種々提案されている。

例えば、本出願人の出願に係る特許文献１には、インダクタンス型のセンサ部材を固定軌道輪において軸方向に２列配設してなるセンサ付き転がり軸受装置が開示されている。この軸受装置では、２列に配置されたセンサ部材からの信号を信号処理回路に入力して、当該信号処理回路で、４つの径方向の変位に関する信号と、１つの軸方向の変位に関する信号とを算出し、これらの信号に基づいて、転がり軸受装置の３つの並進荷重と２つのモーメント荷重とを算出している。

かかる２列タイプのセンサ付き転がり軸受装置において、図７〜８に示されるように、上下前後４つのセンサを軸方向に２列配設する場合、合計８つのセンサからの出力信号は、次のように定義することができる。なお、図７〜８において、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９参照）。また、車両インナ側（第１センサ部材）のセンサの検出値に添え字「ｉ」を使用し、車両アウタ側（第２センサ部材）のセンサに添え字「ｏ」を使用し、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。
ｆ_i：第１前センサの検出値
ｒ_i：第１後センサの検出値
ｔ_i：第１上センサの検出値
ｂ_i：第１下センサの検出値
ｆ_o：第２前センサの検出値
ｒ_o：第２後センサの検出値
ｔ_o：第２上センサの検出値
ｂ_o：第２下センサの検出値

この場合、５つの差動信号Ｘ１、Ｘ２、Ｚ１、Ｚ２、及びＹ１は、以下のようになる（図１０参照）。
Ｘ１＝ｆ_i−ｒ_i
Ｘ２＝ｆ_o−ｒ_o
Ｚ１＝ｂ_i−ｔ_i
Ｚ２＝ｂ_o−ｔ_o
Ｙ１＝（ｆ_o＋ｒ_o＋ｔ_o＋ｂ_o）−（ｆ_i＋ｒ_i＋ｔ_i＋ｂ_i）
そして、このように定義した場合、５つの値Ｘ１、Ｘ２、Ｚ１、Ｚ２、及びＹ１と、転がり軸受装置に作用しているＸ方向の力の大きさ（Ｆｘ）、転がり軸受装置に作用しているＹ方向の力の大きさ（Ｆｙ）、転がり軸受装置に作用しているＺ方向の力の大きさ（Ｆｚ）、車輪に作用しているＸ軸回りのモーメント荷重の大きさ（Ｍｘ）、及び、車輪に左右しているＺ軸回りのモーメント荷重の大きさ（Ｍｚ）との間には、線形関係があり、次の式（１）が成立する。

ここで、ｍ１１〜ｍ５５は定数である。
したがって、式（１）から以下の式（２）が導かれる。

転がり軸受装置の制御装置の記憶部には、式（２）の右辺の５行５列の定数行列（逆行列）の２５個の要素（係数）が、ルックアップテーブルとして予めインプットされており、前記センサ部材の各センサが、制御装置の信号処理部に信号を出力すると、信号処理部が、それらの信号に基づいて、差動信号Ｘ１、Ｘ２、Ｚ１、Ｚ２、及びＹ１を算出する。そして、その後に、算出されたＸ１、Ｘ２、Ｚ１、Ｚ２、及びＹ１と、記憶部に記憶されている２５個の要素とから、式（２）の演算を行って、転がり軸受装置に作用している荷重であるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、及びＭｚが算出される。

特開２００７−１２７２５３号公報

前記従来のセンサ付き転がり軸受装置では、８つのセンサ（４つ×２列）の仕様が全て同じであり、したがって各センサのゲインは同一である。また、Ｙ１は、車両インナ側センサの合計出力と車両アウタ側センサの合計出力との差動出力としている。
ところで、かかる転がり軸受装置において、Ｘ軸回りのモーメント荷重（Ｍｘ）が作用すると、前後のセンサに比べて上下のセンサが大きく反応するが、Ｙ１は、すべてのセンサ出力から算出されるので、Ｍｘ入力時のＹ１出力が非線形出力となることがある。非線形出力の場合、前述した式（２）のような逆行列演算ができないので、線形化するための演算処理（補正演算）が必要になるが、かかる演算処理を行うとセンサの応答性が低下するという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、Ｙ１信号のクロストークを排除するか又は線形化することができるセンサ付き転がり軸受装置を提供することを目的としている。

本発明のセンサ付き転がり軸受装置（以下、単に「軸受装置」ともいう）は、車体側に固定される筒状の固定軌道輪と、この固定軌道輪の内部に回転自在に挿通され且つ車輪の取付部分を有する回転軌道輪と、これらの軌道輪の間に転動自在に配設される複列の転動体とを備えており、前記回転軌道輪の外周面とのギャップを検出するセンサ装置が、前記固定軌道輪に設けられてなるセンサ付き転がり軸受装置であって、
前記センサ装置は、円周方向に沿って複数設けられた変位センサからなっており、且つ、
前記転がり軸受装置は、更に、前記複数の変位センサのうち、一方の変位センサの出力信号を他方の変位センサの出力信号よりも増幅する増幅部を備えていることを特徴としている。

本発明の軸受装置では、増幅部により、複数の変位センサのうち、一方の変位センサの出力信号を他方の変位センサの出力信号よりも増幅するように構成している。したがって、例えば、Ｙ１信号のクロストークを排除するか又は線形化するために、Ｙ１を検出するセンサとして車輪の上下方向のセンサを非使用とし、前後水平方向のセンサだけを使用した場合であっても、かかる前後水平方向のセンサのゲインを大きくすることで、必要な大きさの出力信号を得ることができる。これにより、軸受装置に作用する荷重の検出精度を低下させることなく、Ｙ１信号のクロストークを排除するか又は線形化することができる。

前記センサ装置を、円周方向に沿って等間隔に４箇所設けられた変位センサからなる第１センサ部材と、この第１センサ部材と軸方向に離間しており且つ円周方向に沿って等間隔に４箇所設けられた変位センサからなる第２センサ部材とで構成するとともに、第１センサ部材及び第２センサ部材の各４つの変位センサにおいて、前記一方のセンサ及び他方のセンサを、それぞれ互いに対向する２つの変位センサで構成することができる。この場合、一方のセンサ及び他方のセンサを、それぞれ互いに対向する２つの変位センサとしているので、例えばＹ１を検出するセンサとして上下方向に配設された他方のセンサを非使用とし、前後水平方向に配設された一方のセンサだけを使用した場合であっても、かかる一方のセンサのゲインを大きくすることで、必要な大きさの出力信号を得ることができる。

前記一方のセンサを、車輪を基準として上下に設けられた変位センサとし、前記他方のセンサを、車輪を基準として前後に設けられた変位センサとすることができる。この場合、例えばＹ１を検出するセンサとして上下方向に配設されたセンサを非使用とし、前後水平方向に配設されたセンサだけを使用した場合であっても、かかる前後水平方向のセンサのゲインを大きくすることで、必要な大きさの出力信号を得ることができる。

本発明の軸受装置によれば、Ｙ１信号のクロストークを排除するか又は線形化することができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の軸受装置の実施の形態を詳細に説明する。
〔軸受装置の全体構造〕
図１は本発明の一実施の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はその軸受装置を車両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車両インナ側から見た図である。なお、図１において、右側が車両アウタ側（車両の外側）であり、左側が車両インナ側（車両の内側）である。

図１に示されるように、本実施の形態の軸受装置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の車両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の車両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９に示されるように、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。

本実施の形態の軸受装置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９に示される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。

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を車両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（図示せず）の取付部分となっている。このタイヤホイールなど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の車両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。

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。
本実施の形態の軸受装置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（本実施の形態では、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、このセンサ装置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。

〔ケース部材の構造〕
図１及び図２に示されるように、前記ケース部材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からなり、その一端側の開口部において、外輪１の車両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の車両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。

〔センサ装置の構造〕
図２及び図４に示されるように、本実施の形態のセンサ装置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１センサ部材２１と第２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１」は車両インナ側を意味し、「第２」は車両アウタ側を意味する。

第１及び第２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からなっており、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（本実施の形態では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）。

第１及び第２センサ部材２１、２２を構成する各変位センサ２４は、円周方向に沿って等間隔に、すなわち前後及び上下の４箇所にそれぞれ設けられており、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、車両インナ側の第１センサ部材２１は、回転軌道輪の前後に配置された第１前センサ２４ｆ及び第１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１上センサ２４ｔ及び第１下センサ２４ｂとを備えている。また、車両アウタ側の第２センサ部材２２も、回転軌道輪の前後に配置された第２前センサ２４ｆ及び第２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２上センサ２４ｔ及び第２下センサ２４ｂとを備えている。前記第１センサ部材２１及び第２センサ部材２２において、各４つの変位センサは円周方向において等間隔に配置されており、その結果、前後の変位センサは互いに対向する位置関係にあり、また上下の変位センサも互いに対向する位置関係にある。

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。

このように、本実施の形態の軸受装置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１及び第２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。

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。

図５（ａ）は本実施の形態のセンサ装置１４によるギャップの検出回路の一例を示している。同図に示される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、本実施の形態では、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、前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。

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。

そして、本実施の形態では、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）に示されるように、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。

〔ターゲット部の構造〕
図１及び図２に示されるように、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からなる。このターゲット部４の外周側面には、車両インナ側の第１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１被検出部３４と、アウタ側の第２センサ部材２２の検出面に対向する環状の第２被検出部３５とが設けられている。本実施の形態では、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１及び第２環状溝により構成されている。

図２（ｂ）に示されるように、車両インナ側の第１環状溝３４は、その車両アウタ側の溝端面３４ａが第１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、車両アウタ側の第２環状溝３５は、その車両インナ側の溝端面３５ａが第２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が軸方向の例えば車両インナ側に距離δだけ変位したとすると、車両インナ側においては、第１センサ部材２１と第１環状溝３４との軸方向のラップ長が減少して、第１センサ部材２１によるギャップの検出値が減少し、車両アウタ側においては、第２センサ部材２２と第２環状溝３５との軸方向のラップ長が増大して、第２センサ部材２２によるギャップの検出値が増大する。

同様に、回転軌道輪のターゲット部４が軸方向の車両アウタ側に距離δだけ変位したとすると、車両インナ側の第１センサ部材２１によるギャップの検出値が増大し、車両アウタ側の第２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、本実施の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１及び第２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。

また、前述の通り、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、車両インナ側の第１センサ部材２１の検出値と車両アウタ側の第２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。

なお、図２（ｂ）に図示した配置とは逆に、車両インナ側の第１環状溝３４を第１センサ部材２１の検出面Ａ１に対して車両アウタ側にずらし、車両アウタ側の第２環状溝３５を第２センサ部材２２の検出面Ａ２に対して車両インナ側にずらして配置することにしてもよく、この場合でも前記と同様の作用効果が得られる。
前記第１及び第２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などからなる制御装置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。

〔各荷重の演算方法〕
以下、図６〜９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、本実施の形態における各変位センサの配置位置とその検出値の定義は、図７〜８を用いて説明した従来のものと同じである。また、図６はセンサ変位量とＹ１出力との関係を示す図である。

〔方向及びセンサ検出値の定義〕
図９に示されるように、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７〜８に示されるように、車両インナ側（第１センサ部材２１）のセンサの検出値に添え字「ｉ」を使用し、車両アウタ側（第２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。

従って、第１及び第２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。
ｆ_i：第１前センサの検出値
ｒ_i：第１後センサの検出値
ｔ_i：第１上センサの検出値
ｂ_i：第１下センサの検出値
ｆ_o：第２前センサの検出値
ｒ_o：第２後センサの検出値
ｔ_o：第２上センサの検出値
ｂ_o：第２下センサの検出値

そして、本実施の形態では、５つの差動信号Ｘ１、Ｘ２、Ｚ１、Ｚ２、及びＹ１を、以下のようにしている。
Ｘ１＝ｆ_i−ｒ_i
Ｘ２＝ｆ_o−ｒ_o
Ｚ１＝ｂ_i−ｔ_i
Ｚ２＝ｂ_o−ｔ_o
Ｙ１＝（ｆ_o＋ｒ_o）−（ｆ_i＋ｒ_i）

すなわち、５つの差動信号のうちＸ１、Ｘ２、Ｚ１、及びＺ２の検出に使用するセンサの構成は従来と同様とし、一方、差動信号Ｙ１の検出に使用するセンサは、前後の４つのセンサのみとしている。上下のセンサの検出値を使用しないことにより、Ｍｘ入力時のＹ１出力が非線形出力となるのを防ぐことができる。その結果、Ｙ１信号のクロストークを排除するか又は線形化することができ、補正演算が不要になった分センサの応答性を向上させることができる。

また、差動信号Ｙ１の検出に「ｔ_i、ｂ_i、ｔ_o、ｂ_o」を使用しなくなったことに伴い、「ｆ_i、ｒ_i、ｆ_o、ｒ_o」のゲインを「ｔ_i、ｂ_i、ｔ_o、ｂ_o」の２倍にしている。具体的には、前述した式（ａ）に示されるように、インダクタンスＬがコイルの巻き数Ｎの二乗に比例することから、コイルの巻き数を１．４倍にしている。本実施の形態では、このように巻き数が１．４倍にされた前後の変位センサにおけるコイルが、一方の変位センサ（前後の変位センサ）の出力信号を他方の変位センサ（上下の変位センサ）の出力信号よりも増幅する増幅部を構成している。

このように前後のセンサだけ使用する場合、Ｘ軸回りのモーメントＭｘが作用したときのセンサの検出変位量を大幅に小さくすることができる。図６は、センサ変位量とＹ１出力との関係を示す図であり、半径０．３２ｍのタイヤが装着された車輪に１０ｋＮのＹ方向の力が入力された場合を想定している。この場合、軸受装置の外輪（固定軌道輪）には、１０×０．３２＝３．２ｋＮ・ｍの大きさのモーメントＭｘが作用する。図６の（ａ）は前後及び上下のセンサを用いる場合（従来）の変位量を示しており、（ｂ）は前後のセンサだけを用いる場合（本発明）の変位量を示している。Ｙ１の検出にすべてのセンサを用いる場合、変位量δ≒±０．１２ｍｍと非常に大きいのに対して、Ｙ１の検出に前後のセンサだけを用いる場合、変位量δ≦０．０２ｍｍと従来に比べ約１/６以下の大きさとなる。

そして、５つの値Ｘ１、Ｘ２、Ｚ１、Ｚ２、及びＹ１と、転がり軸受装置に作用しているＸ方向の力の大きさ（Ｆｘ）、転がり軸受装置に作用しているＹ方向の力の大きさ（Ｆｙ）、転がり軸受装置に作用しているＺ方向の力の大きさ（Ｆｚ）、車輪に作用しているＸ軸回りのモーメント荷重の大きさ（Ｍｘ）、及び、車輪に左右しているＺ軸回りのモーメント荷重の大きさ（Ｍｚ）との間には、線形関係があり、次の式（３）が成立する。

ここで、ｎ１１〜ｎ５５は定数である。
したがって、式（３）から以下の式（４）が導かれる。

転がり軸受装置の制御装置の記憶部には、式（４）の右辺の５行５列の定数行列（逆行列）の２５個の要素（係数）が、ルックアップテーブルとして予めインプットされており、前記センサ部材の各センサが、制御装置の信号処理部に信号を出力すると、信号処理部が、それらの信号に基づいて、差動信号Ｘ１、Ｘ２、Ｚ１、Ｚ２、及びＹ１を算出する。そして、その後に、算出されたＸ１、Ｘ２、Ｚ１、Ｚ２、及びＹ１と、記憶部に記憶されている２５個の要素とから、式（４）の演算を行って、転がり軸受装置に作用している荷重であるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、及びＭｚが算出される。

本発明の軸受装置の一実施の形態の側面断面図である。 （ａ）は同軸受装置のセンサ部分の拡大断面図であり、（ｂ）はセンサ部材と環状溝の位置関係を表す図である。 同軸受装置を車両インナ側から見た図である。 蓋部材を取り外した状態の同軸受装置を車両インナ側から見た図である。 （ａ）は変位センサによるギャップの検出回路の一例を示す回路図であり、（ｂ）はコイル素子の機能説明図である。 センサ変位量とＹ１出力との関係を示す図である。 各変位センサの配置位置を示す正面説明図である。 各変位センサの配置位置を示す側面説明図である。 Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向と各荷重の定義を示す車輪部分の斜視図である。 従来の軸受装置における演算方法を示すブロック図である。

符号の説明

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１センサ部材
２２ 第２センサ部材
２４ 変位センサ
２７ コイル素子
３４ 第１環状溝（第１被検出部）
３５ 第２環状溝（第２被検出部）
３７ 制御装置

Claims (3)

1. 車体側に固定される筒状の固定軌道輪と、この固定軌道輪の内部に回転自在に挿通され且つ車輪の取付部分を有する回転軌道輪と、これらの軌道輪の間に転動自在に配設される複列の転動体とを備えており、前記回転軌道輪の外周面とのギャップを検出するセンサ装置が、前記固定軌道輪に設けられてなるセンサ付き転がり軸受装置であって、
   前記センサ装置は、円周方向に沿って複数設けられた変位センサからなっており、且つ、
   前記転がり軸受装置は、更に、前記複数の変位センサのうち、一方の変位センサの出力信号を他方の変位センサの出力信号よりも増幅する増幅部を備えていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
2. 前記センサ装置は、円周方向に沿って等間隔に４箇所設けられた変位センサからなる第１センサ部材と、この第１センサ部材と軸方向に離間しており且つ円周方向に沿って等間隔に４箇所設けられた変位センサからなる第２センサ部材とで構成されており、
   第１センサ部材及び第２センサ部材の各４つの変位センサにおいて、前記一方のセンサ及び他方のセンサは、それぞれ互いに対向する２つの変位センサで構成されている請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
3. 前記一方のセンサが、車輪を基準として上下方向に設けられた変位センサからなり、前記他方のセンサが車輪を基準として前後水平方向に設けられた変位センサからなる請求項２記載のセンサ付き転がり軸受装置。

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