JP2024003378A - detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸回転する回転体に装着される磁性体と、磁束密度を検出するセンサとによって、回転体の変形を検出する検出装置に関する。 The present invention relates to a detection device that detects deformation of a rotating body using a magnetic body attached to a rotating body that rotates on an axis and a sensor that detects magnetic flux density.
従来、自動車等の車輪の軸受装置における回転側部材には、アンチロックブレーキシステム(ABS)等を制御するため、磁気エンコーダを構成する磁性体が装着されており、回転速度や回転角度を検出することがなされている。 Conventionally, in order to control an anti-lock braking system (ABS), etc., a magnetic body constituting a magnetic encoder is attached to the rotating side member of a bearing device for a wheel of an automobile, etc., and it detects the rotation speed and rotation angle. Things are being done.
下記特許文献1には、磁性体の被検出面の特性変化に対応して出力信号を変化させるセンサを備え、外輪やハブとの間に加わる荷重を変位センサ等の荷重測定専用の部品を使用せずに測定できるものが開示されている。下記特許文献2には、磁性体の外周面のうち、円周方向の位相が互いに180度異なる部位に第1センサ、第2センサを配し、位相差に基づいてラジアル荷重を測定するものが開示されている。
Patent Document 1 below discloses a sensor that is equipped with a sensor that changes the output signal in response to changes in the characteristics of the detected surface of a magnetic body, and uses parts dedicated to load measurement such as a displacement sensor to measure the load applied between the outer ring and the hub. It discloses things that can be measured without
ところで軸受装置にかかる荷重は、回転体の自重による荷重、他部品から負荷される荷重、回転体の回転によって発生する荷重等があり、過剰な荷重が負荷されると回転体に変形が発生し、気づかず使用を継続していると、回転軸の破損に繋がる。そこで簡易な構成でありながら、早期に回転体の変形を検出できるものが求められている。 By the way, the loads that are applied to bearing devices include the load due to the weight of the rotating body, the load applied from other parts, the load generated by the rotation of the rotating body, etc. If an excessive load is applied, deformation will occur in the rotating body. If you continue to use it without noticing, it will lead to damage to the rotating shaft. Therefore, there is a need for a device that can detect deformation of a rotating body at an early stage while having a simple configuration.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成でありながら、回転体の変形を検出可能な検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a detection device capable of detecting deformation of a rotating body while having a simple configuration.
上記目的を達成するために、本発明に係る検出装置は、軸回転する回転体に装着され周方向にN極とS極とが交互に複数着磁された環状体からなる磁性体と、前記磁性体の磁束密度を検出するセンサと、前記センサによる検出結果に基づき前記回転体の変形を検出する処理部とを備えた検出装置であって、前記センサは、前記磁性体の着磁面から前記着磁面の周方向に対して垂直方向に発する第1磁束密度(By)を検出し、前記処理部は、前記第1磁束密度の変化に基づき、前記回転体の変形を検出することを特徴とする。
上記構成において、前記センサは、前記着磁面から周方向に発する第2磁束密度(Bx)または、前記着磁面から前記着磁面に対して垂直方向に発する第3磁束密度(Bz)を検出し、前記処理部は、前記第2磁束密度または前記第3磁束密度に基づき、前記回転体の回転速度及び回転角度を検出するようにしてもよい。
また上記構成において、前記センサは、前記着磁面に対向し複数個が間隔を空けて設けられてもよい。
さらに上記構成において、回転体は、車両の軸受装置の回転側部材であってもよい。
In order to achieve the above object, a detection device according to the present invention includes a magnetic body made of an annular body attached to a rotating body that rotates on an axis and having a plurality of N poles and S poles alternately magnetized in the circumferential direction; A detection device comprising: a sensor that detects magnetic flux density of a magnetic body; and a processing unit that detects deformation of the rotating body based on a detection result by the sensor, wherein the sensor detects a deformation of the rotating body from a magnetized surface of the magnetic body. A first magnetic flux density (By) emitted in a direction perpendicular to the circumferential direction of the magnetized surface is detected, and the processing unit detects a deformation of the rotating body based on a change in the first magnetic flux density. Features.
In the above configuration, the sensor has a second magnetic flux density (Bx) emitted from the magnetized surface in a circumferential direction or a third magnetic flux density (Bz) emitted from the magnetized surface in a direction perpendicular to the magnetized surface. The processing unit may detect the rotation speed and rotation angle of the rotating body based on the second magnetic flux density or the third magnetic flux density.
Further, in the above configuration, a plurality of the sensors may be provided facing the magnetized surface and spaced apart from each other.
Further, in the above configuration, the rotating body may be a rotating member of a bearing device of a vehicle.
本発明に係る検出装置は、上述の構成としたことで、簡易な構成でありながら、回転体の変形を検出することができる。 By having the above-described configuration, the detection device according to the present invention can detect deformation of a rotating body despite having a simple configuration.
以下に本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、一部の図では、他図に付している詳細な符号の一部を省略している。
本実施形態に係る検出装置100は、軸回転する回転体10に装着され周方向にN極とS極とが交互に複数着磁された環状体からなる磁性体1と、磁性体1の磁束密度を検出するセンサ2と、センサ2による検出結果に基づき回転体10の変形を検出する処理部4とを備えている。センサ2は、磁性体1の着磁面1aから着磁面1aの周方向に対して垂直方向に発する第1磁束密度(By)を検知し、処理部4は、第1磁束密度の変化に基づき、回転体10の変形を検出する。
Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings. Note that in some of the figures, some detailed symbols attached to other figures are omitted.
The
<第1実施形態>
まずは図1~図4を参照しながら、第1実施形態に係る検出装置100について説明する。図1及び図2に示すように検出装置100は、軸回転する回転体に装着される磁性体1と、磁束密度を検出するセンサ2と、センサ2による検出結果に基づき前記回転体の変形を検出する処理部4を有する演算装置30とを備える。以下では、検出装置100が適用される例として、車両の軸受装置に適用された例を説明する。軸受装置は、車輪(不図示)を軸回りに回転(軸回転)可能に支持するように設けられ、外側の固定側部材となる外輪(不図示)と、内側の回転側部材となる内輪10とを備える。よって、本実施形態におおいて、内輪10が回転体であり、内輪10に負荷される荷重等により、内輪10の変形を早期に検出するために検出装置100が設けられている。
<First embodiment>
First, a
磁性体1は、N極及びS極が周方向に交互に複数着磁され中央に貫通孔を備えた環状体で、円板の径方向または面方向に磁化されている。磁性体1の構成は特に限定されないが、フェライト、ネオジム等の磁性粉がゴム材により結合されたゴム磁石、焼結磁石、プラスチック磁石等が用いられる。磁性体1は、芯金部材11を介して内輪10に取り付けられる。芯金部材11は、SPCC等の鋼板をプレス加工して片側の断面が略L字形状に形成される。芯金部材11は、内輪10の端部に嵌合される円筒部12と、円筒部12における軸方向Aの一方端部から径方向の外側に延出する円板部13とを有している。円板部13の軸方向Aの外側面13aには、磁性体1が加硫接着、もしくは後接着されている。磁性体1の形状や芯金部材11への固着態様は図例に限定されないが、本実施形態では、円板部13の外側面13aと、円板部41の径方向Rの外側端部13bを覆うように配されている。これによれば、芯金部材11に磁性体1を強固に固着でき、長期の使用に耐えることができる。N極及びS極の極幅は特に限定されず、図例のように等間隔としてもよいし、極と極の境界が斜め湾曲したスパイラル状としてもよい。
The magnetic body 1 is an annular body having a plurality of N poles and S poles alternately magnetized in the circumferential direction and having a through hole in the center, and is magnetized in the radial direction or surface direction of the disk. The structure of the magnetic body 1 is not particularly limited, but a rubber magnet, a sintered magnet, a plastic magnet, etc., in which magnetic powder such as ferrite or neodymium is bonded with a rubber material, is used. The magnetic body 1 is attached to the
磁性体1の磁束密度を検出するセンサ2は、磁気式センサを用いた例を説明する。センサ2は、磁性体1の着磁面1aと対峙するように近接して配置され、センサ2は、不図示の固定部材に固定されている。センサ2が磁性体1から検出する磁束密度は、内輪10の回転に伴って変化し、センサ2は、演算装置30と電気的に接続されている。センサ2は、回転体である内輪10の変形を検出するため、図1に示すように磁性体1の着磁面1aから着磁面1aの周方向に対して垂直方向に発する第1磁束密度(By)を検出する。またセンサ2は、内輪10の回転速度及び回転角度(回転位置)を検出するため、着磁面1aから周方向に発する第2磁束密度(Bx)と、着磁面1aから着磁面1aに対して垂直方向に発する第3磁束密度(Bz)とを検知する。センサ2に用いられる検知素子としては、ホール素子、MR素子(磁気抵抗効果素子)等が用いられ、従来の着磁面1aから周方向に発する第2磁束密度(Bx)と、着磁面1aから着磁面1aに対して垂直方向に発する第3磁束密度(Bz)に加え、着磁面1aから着磁面1aの周方向に対して垂直方向に発する第1磁束密度(By)も検知できる高感度のものが好適である。例えば、ホール素子の場合は、着磁面1aのX軸成分の強さBxを検知するためのホール素子または、Z軸成分の強さBz を検知するためのホール素子とに加え、荷重、変位量を検出するため、着磁面1aのY軸成分の強さByを検知するためのホール素子を要する。
An example in which a magnetic sensor is used as the
図2は、本実施形態に係る検出装置100の一例を示すブロック図である。
検出装置100は、上述したとおり、内輪10に取り付けられた磁性体1と、磁性体1から発生する磁束密度を検出可能なセンサ2と、演算装置30とを備える。演算装置30は、CPUで構成され各種制御を実行する制御部3と、センサ2が検出する各種磁束密度(Bx~Bz)に基づき各種演算処理を行う処理部4と、処理部4での演算処理を実行するために必要な各種プログラムやデータが記憶される記憶部5と、センサ2からの信号を受信する受信部6と、演算装置30を操作する操作部7と、測定・算出結果を表示する表示部8と、内輪10の変形等、異常を検出した際に警告音やランプを点灯・点滅させる等を報知する報知部9等を備える。記憶部5は、ROM、RAM等のメモリやHDDで構成され、各種演算結果を適宜、記憶される。処理部4は、荷重・変形量算出部40と、速度・角度算出部41とを備える。荷重・変形量算出部40は、測定径が変わることによる第1磁束密度(By)の変化率を使用して算出する。具体的には、図4(a)及び図4(b)に示した第1磁束密度(By)と測定径(図3(b)参照)との後記する特性に基づき、センサ2によって検出された第1磁束密度(By)の値の変化率を算出し、そこから変形量を算出する。そしてその変形量から荷重を算出する。速度・角度算出部41は、第2磁束密度(Bx)及び第3磁束密度(Bz)の2つの磁気パターンをデジタル信号に変換し、演算処理を行って絶対位置検出から回転位置(回転角度)情報を算出する。また速度・角度算出部41は、第2磁束密度(Bx)及び第3磁束密度(Bz)の2相のパルス信号から距離を算出し、内輪10の回転速度の算出も実行する。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the
As described above, the
次に図3及び図4を参照しながら、回転体である内輪10の変形検出に用いられる着磁面1aから着磁面1aの周方向に対して垂直方向に発する第1磁束密度(By)の特性についての分析結果について説明する。ここでは、フェライトのゴム磁石を用いて測定を行った。
Next, with reference to FIGS. 3 and 4, the first magnetic flux density (By) emitted from the
図3(a)のグラフは、図3(b)に示す磁性体1の測定径<1>~<3>の位置における第1磁束密度(By)を検知した結果を示すものであり、ここでは横軸を回転角度(°)、縦軸を磁束密度(mT)としている。図3(b)に示すとおり、測定径<1>が3つの測定径の中では一番径が小さく、測定径<3>が3つの測定径の中では一番径が大きい位置である。図3(a)によれば、いずれの測定径<1>~<3>においても、磁束密度の振幅は大小あるが、sin波が確認され、1回転につき、sin信号が1周期ずつ生成されていることが確認できた。 The graph in FIG. 3(a) shows the results of detecting the first magnetic flux density (By) at the positions of the measurement diameter <1> to <3> of the magnetic body 1 shown in FIG. 3(b). Here, the horizontal axis is the rotation angle (°), and the vertical axis is the magnetic flux density (mT). As shown in FIG. 3(b), the measurement diameter <1> is the smallest of the three measurement diameters, and the measurement diameter <3> is the largest of the three measurement diameters. According to FIG. 3(a), although the amplitude of the magnetic flux density is large and small for all measurement diameters <1> to <3>, a sine wave is confirmed, and a sine signal is generated one cycle per rotation. It was confirmed that
図4(a)のグラフは、図3(a)のsin波を示す同じ磁性体1に対し、同じ測定径<1>~<3>における第1磁束密度(By)を検知した結果を示す。ここでは横軸を測定径(mm)、縦軸を磁束密度(mT)とし、第1磁束密度(By)だけでなく、測定径<1>~<3>の位置で第2磁束密度(Bx)及び第3磁束密度(Bz)についても測定を行った。この測定結果から第2磁束密度(Bx)及び第3磁束密度(Bz)は、いずれの位置でもほぼ同じ測定値を示す一方、第1磁束密度(By)は、測定径<1>において急激に低下する大きな変化率を示すことがわかった。 The graph in FIG. 4(a) shows the results of detecting the first magnetic flux density (By) at the same measurement diameters <1> to <3> for the same magnetic body 1 exhibiting the sine wave in FIG. 3(a). . Here, the horizontal axis is the measurement diameter (mm), and the vertical axis is the magnetic flux density (mT).In addition to the first magnetic flux density (By), the second magnetic flux density (Bx ) and the third magnetic flux density (Bz) were also measured. From this measurement result, the second magnetic flux density (Bx) and the third magnetic flux density (Bz) show almost the same measurement value at any position, while the first magnetic flux density (By) suddenly changes at the measurement diameter <1>. It was found that a large rate of change was observed.
図4(b)は、それぞれの磁束密度の変化率をより明らかに示したグラフである。ここでは、横軸は測定径(mm)、縦軸は図4(a)の測定結果を比にしたものである。縦軸は、一番変化率が大きかった測定径<1>を基準(「1」)とし、その基準からどの程度変化しているかを示している。比にすると第2磁束密度(Bx)及び第3磁束密度(Bz)にほとんど変化がないことが明らかである。一方、第1磁束密度(By)は、径方向の変化に対して、磁束密度の変化率が非常に大きいといえる。
以上より、第1磁束密度(By)、すなわち着磁面1aのY軸成分の強さByをセンサ2で検知することで、回転体の径方向の変化が加わると、第1磁束密度(By)に大きな変化が生じるので、この特性から荷重、変形量を検出することができる。
FIG. 4(b) is a graph that more clearly shows the rate of change in each magnetic flux density. Here, the horizontal axis is the measured diameter (mm), and the vertical axis is the ratio of the measurement results in FIG. 4(a). The vertical axis indicates the degree of change from the standard ("1"), which is the measured diameter <1> with the largest rate of change. In terms of ratio, it is clear that there is almost no change in the second magnetic flux density (Bx) and the third magnetic flux density (Bz). On the other hand, it can be said that the first magnetic flux density (By) has a very large rate of change in magnetic flux density with respect to a change in the radial direction.
From the above, by detecting the first magnetic flux density (By), that is, the strength By of the Y-axis component of the
本実施形態に係る検出装置100によれば、第1磁束密度(By)の特性を活かし、センサ2によって第1磁束密度(By)を検知することで、内輪10の変形(傾き)を検出できる。よって、検出装置100による検出結果から、内輪10に過剰な(ラジアル)荷重が加わったことが推測できる。また第1磁束密度(By)を検知結果に基づく荷重・変形量算出部40の演算結果に閾値を設定し、閾値を超えると荷重・変形量の異常とみなして、検出装置100の報知部9で警告音等を報知させる態様とすれば、回転軸の破損等を未然に防止できる。また上記構成によれば、ひとつの磁性体1を用いて、内輪10の変形に加え、内輪10の回転速度及び回転角度を検出できる。
According to the
図5は、ラジアルタイプの磁性体1Aの例を示す図である。上記実施形態と共通の箇所には共通の符号を付し、共通する事項の説明は省略する。上記実施形態では、アキシャルタイプの磁性体1について説明したが、これに限定されず、図5に示すような内輪10の一側面10bに設けられる磁性体1Aとして適用可能である。この場合も、アキシャルタイプのものと同様に着磁面1aから周方向に発する第2磁束密度(Bx)と、着磁面1aから着磁面1aに対して垂直方向に発する第3磁束密度(Bz)だけでなく、着磁面1aから着磁面1aの周方向に対して垂直方向に発する第1磁束密度(By)を検知し、処理部4は、第1磁束密度の変化に基づき、回転体である内輪10の軸方向の変形を検出する。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a radial type
次に図6(a)~図6(d)を参照しながら、検出装置100を構成する磁性体1とセンサ2の配置例について説明する。磁性体1とセンサ2とは、図1に示すようにセンサ2が磁性体1の着磁面1aに対して対向して配備され、図6(a)に示すように、環状のひとつの磁性体1に対しひとつのセンサ2で上記検出を行うようにしてもよいし、図6(b)に示すように例えば図6(a)に設けられたセンサ2の位置を基準に90°異なる位置にセンサ2を設けてもよい。また図6(c)に示すように図6(b)の例に加えて、さらに180°異なる位置にセンサ2を設けてもよい。また図6(d)に示すように磁性体1の周方向における同じ位置に磁性体1の縁部に幅方向に対向して2つのセンサ2,2を設置してもよい。センサ2の設置は、図例に限定されず、等間隔に複数設置してもよい。このように着磁面1aに対向してセンサ2が複数個間隔を空けて設けられているようにすれば、複数の箇所で回転体(内輪10等)の変形の検出を行うことができるので、検出精度の向上を図ることができる。
Next, an example of the arrangement of the magnetic body 1 and the
上述したとおり、実施形態に係る検出装置100の構成・態様は上記実施形態に限定されない。例えば磁性体1の形状は、図例のような薄状の環状体に限定されず、円筒体でもよい。また回転体の変形検出を行う対象は軸受装置の内輪10に限定されず、例えば、シートの巻き取り設備等、軸回転する機械装置の回転部材等に適用できる。
As described above, the configuration and aspects of the
100 検出装置
10 内輪(回転体)
1,1A 磁性体
1a 着磁面
2 センサ
By 第1磁束密度
Bx 第2磁束密度
bz 第3磁束密度
100
1,1A
Claims (4)
前記センサは、前記磁性体の着磁面から前記着磁面の周方向に対して垂直方向に発する第1磁束密度を検出し、
前記処理部は、前記第1磁束密度の変化に基づき、前記回転体の変形を検出することを特徴とする検出装置。 A magnetic body consisting of an annular body attached to a rotating body that rotates on an axis and having a plurality of N poles and S poles alternately magnetized in the circumferential direction, a sensor that detects the magnetic flux density of the magnetic body, and a detection result by the sensor. A detection device comprising: a processing unit that detects deformation of the rotating body based on the
The sensor detects a first magnetic flux density emitted from the magnetized surface of the magnetic body in a direction perpendicular to the circumferential direction of the magnetized surface,
The detection device is characterized in that the processing section detects deformation of the rotating body based on a change in the first magnetic flux density.
前記センサは、前記着磁面から周方向に発する第2磁束密度または、前記着磁面から前記着磁面に対して垂直方向に発する第3磁束密度を検出し、
前記処理部は、前記第2磁束密度または前記第3磁束密度に基づき、前記回転体の回転速度及び回転角度を検出することを特徴とする検出装置。 In claim 1,
The sensor detects a second magnetic flux density emitted from the magnetized surface in a circumferential direction or a third magnetic flux density emitted from the magnetized surface in a direction perpendicular to the magnetized surface,
The detection device is characterized in that the processing unit detects the rotation speed and rotation angle of the rotating body based on the second magnetic flux density or the third magnetic flux density.
前記センサは、前記着磁面に対向し複数個が間隔を空けて設けられていることを特徴とする検出装置。 In claim 1 or claim 2,
The detection device is characterized in that a plurality of the sensors are provided facing the magnetized surface and spaced apart from each other.
前記回転体は、車両の軸受装置の回転側部材であることを特徴とする検出装置。 In claim 1 or claim 2,
A detection device characterized in that the rotating body is a rotating member of a bearing device of a vehicle.
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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JP2022102480A JP2024003378A (en) | 2022-06-27 | 2022-06-27 | detection device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (2)
Country | Link |
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DE (1) | DE102023115680A1 (en) |
-
2022
- 2022-06-27 JP JP2022102480A patent/JP2024003378A/en active Pending
-
2023
- 2023-06-15 DE DE102023115680.2A patent/DE102023115680A1/en active Pending
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DE102023115680A1 (en) | 2023-12-28 |
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