JP3635700B2 - 回転速度検出装置付転がり軸受ユニット - Google Patents

回転速度検出装置付転がり軸受ユニット Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明に係る回転速度検出装置付転がり軸受ユニットは、自動車の車輪を懸架装置に回転自在に支持すると共に、この車輪の回転速度を検出する為に利用する。
【0002】
【従来の技術】
自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、アンチロックブレーキシステム(ABS)、或はトラクションコントロールシステム(TCS)を制御する為に、この車輪の回転速度を検出する為の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットとして、従来から種々の構造のものが知られている。この様な回転速度検出装置付転がり軸受ユニットに組み込まれる回転速度検出装置は何れも、車輪と共に回転するトーンホイールと、このトーンホイールの回転速度に比例した出力信号を出すセンサとを備える。トーンホイール及びセンサの種類に就いては従来から種々知られている。このうちで、トーンホイールとして磁性材製のものを使用し、このトーンホイールの回転に応じてセンサを構成するコイルに惹起される電圧を変化させる、所謂パッシブ型のものが、高価な構成部品を使用しない事から、広く使用されている。又、この様なパッシブ型の回転速度検出装置に於いて、センサの出力を大きくすべく、このセンサを円環状に構成する事も、例えば発明協会公開技報94−16051に記載されている様に、従来から知られている。
【0003】
図5〜6は、この公開技報に記載された回転速度検出装置付転がり軸受ユニットを示している。ハブ1の外端部(外とは車両への組み付け状態で車両の幅方向外となる側を言い、各図の左)外周面には、車輪を固定する為のフランジ部2を形成し、中間部外周面には、内輪軌道3aと段部4とを形成している。又、このハブ1の外周面には、その外周面に内輪軌道3bを形成した内輪部材5を、その外端面を上記段部4に突き当てた状態で外嵌支持している。尚、上記内輪軌道3aは、ハブ1の外周面に直接形成する代りに、ハブ1とは別体の内輪部材(図示せず)に形成し、この内輪部材と上記内輪部材5とを、ハブ1に外嵌固定する場合もある。
【0004】
又、ハブ1の内端寄り部分には雄ねじ部6を形成している。そして、この雄ねじ部6に螺合し更に緊締したナット7により、上記内輪部材5をハブ1の外周面の所定部分に固定して、内輪相当部材を構成している。ハブ1の周囲に配置された外輪相当部材8の中間部外周面には、この外輪相当部材8を懸架装置に固定する為の取付部9を設けている。又、この外輪相当部材8の内周面には、それぞれが上記各内輪軌道3a、3bに対向する、外輪軌道10a、10bを形成している。そして、これら各内輪軌道3a、3bと外輪軌道10a、10bとの間に、それぞれ複数ずつの転動体11、11を設けて、上記外輪相当部材8の内側でのハブ1の回転を自在としている。尚、図示の例では、転動体11、11として玉を使用しているが、重量の嵩む自動車用のハブユニットの場合には、転動体としてテーパころを使用する場合もある。又、上記外輪相当部材8の外端部内周面と、ハブ1の外周面との間には、シールリング12を装着して、外輪相当部材8の内周面と上記ハブ1の外周面との間に存在し、上記複数の転動体11、11を設けた空間の外端開口部を塞いでいる。
【0005】
上記内輪部材5の内端部(内とは、車両への組み付け状態で車両の幅方向中央よりとなる側を言い、各図の右)で上記内輪軌道3bから外れた部分には、トーンホイール13の基端部(図5〜6の左端部)を外嵌固定している。このトーンホイール13は、鋼板等の磁性金属板により全体を円環状(円筒状)に形成されている。このトーンホイール13は、互いに同心に形成された小径部14と大径部15とを、段部16により連続させて成る。この様なトーンホイール13は、上記大径部15を内輪部材5の端部外周面に外嵌し、上記段部16をこの内輪部材5の端縁部に当接させた状態で、この内輪部材5に支持固定している。従って上記小径部14は、上記内輪部材5と同心に支持される。そして、この小径部14に、回転側除肉部として複数の透孔17を、円周方向に亙り等間隔に形成している。各透孔17は同形状で、軸方向(図5〜6の左右方向)に長い矩形としている。
【0006】
外輪相当部材8の内端開口部は、ステンレス鋼板、アルミニウム合金板等の金属板を絞り加工する等により有底円筒状に造られた、カバー18で塞いでいる。このカバー18を構成する円筒部19の内周側に、円環状のセンサ20を包埋した合成樹脂21を保持固定している。このセンサ20は、永久磁石22と、鋼板等の磁性材により造られたステータ23と、コイル24とを備えており、これら各部材22、23、24を上記合成樹脂21中に包埋する事により、全体を円環状に構成している。
【0007】
上記センサ20の構成各部材のうちの永久磁石22は、全体を円環状(円輪状)に形成されて、直径方向に亙り着磁されている。そして、この永久磁石22の内周面を、上記トーンホイール13を構成する小径部14の基端部で、上記透孔17を形成していない部分の外周面に、微小隙間25を介して対向させている。又、上記ステータ23は、断面が略J字形で全体を円環状に造られている。そして、このステータ23を構成する外側円筒部26の端部内周面と上記永久磁石22の外周面とを近接若しくは当接させている。又、上記ステータ23を構成する内側円筒部27の内周面を、上記トーンホイール13の一部で、上記複数の透孔17を形成した部分に対向させている。更に、上記内側円筒部27には、固定側除肉部である複数の切り欠き28を、この内側円筒部27の円周方向に亙って、前記透孔17、17と等ピッチ(中心角ピッチ)で形成している。従って、上記内側円筒部27部分は、櫛歯状に形成されている。
【0008】
更に、上記コイル24は、非磁性材製のリング29に導線を巻回する事により円環状に形成され、上記ステータ23を構成する外側円筒部26の内周側部分に配置されている。このコイル24に惹起される起電力は、カバー18の外面に突設したコネクタ30から取り出す。
【0009】
上述の様に構成される回転速度検出装置付転がり軸受ユニットの使用時、ハブ1と共にトーンホイール13が回転すると、このトーンホイール13と対向するステータ23内の磁束密度が変化し、上記コイル24に惹起される電圧が、上記ハブ1の回転速度に比例した周波数で変化する。ステータ23を流れる磁束の密度変化に対応して上記コイル24に惹起される電圧が変化する原理は、従来から広く知られた回転速度検出用センサの場合と同じである。又、トーンホイール13の回転に応じてステータ23に流れる磁束の密度が変化する理由は、次の通りである。
【0010】
上記トーンホイール13に設けた複数の透孔17と、ステータ23に設けた切り欠き28とは、互いのピッチが等しい為、トーンホイール13の回転に伴って全周に亙り同時に対向する瞬間がある。そして、これら各透孔17と各切り欠き28とが互いに対向した瞬間には、隣り合う透孔17同士の間に存在する磁性体である柱部と、やはり隣り合う切り欠き28同士の間に存在する磁性体である舌片とが、前記微小隙間25を介して互いに対向する。この様にそれぞれが磁性体である柱部と舌片とが互いに対向した状態では、上記トーンホイール13とステータ23との間に、高密度の磁束が流れる。
【0011】
これに対して、上記透孔17と切り欠き28との位相が半分だけずれると、上記トーンホイール13とステータ23との間で流れる磁束の密度が低くなる。即ち、この状態では、トーンホイール13に設けた透孔17が上記舌片に対向すると同時に、ステータ23に設けた切り欠き28が上記柱部に対向する。この様に柱部が切り欠き28に、舌片が透孔17に、それぞれ対向した状態では、上記トーンホイール13とステータ23との間に比較的大きな空隙が、全周に亙って存在する。そして、この状態では、これら両部材13、23の間に流れる磁束の密度が低くなる。この結果、前記コイル24に惹起される電圧が、前記ハブ1の回転速度に比例して変化する。
【0012】
上記センサ20は上述の様に作用する事により、コイル24に惹起される出力電圧を、ハブ1の回転速度に比例した周波数で変化させるが、外輪相当部材8の開口端部には、元々円環状の空間が存在する。従って、上記センサ20を限られた空間に設置可能にし、しかもこのセンサ20の出力を十分に大きくして、ハブ1と共に回転する車輪の回転速度検出を確実に行なえる。即ち、上記センサ20を構成する永久磁石22、ステータ23、及びコイル24は、それぞれトーンホイール13の全周を囲む円環状に形成されている。そして、上記永久磁石22から出る磁束を、上記ステータ23の全周に亙って流す様にしている為、このステータ23の内部を流れる磁束の量を、このステータ23全体として十分に多くできる。従って、このステータ23を通過する磁束の密度変化に対応する、上記コイル24の電圧変化も十分に大きくできる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様に構成され作用する、従来から知られた円環状のセンサ20を備えた回転速度検出装置の場合には、それ以前から知られた棒状のセンサを使用した構造のものに比べれば、大きな出力を得られる。ところが、近年では更に回転速度の検出精度を確保しつつ大きな出力を得る為に、改良が望まれている。
【0014】
この理由は、次の通りである。先ず、回転速度の検出精度を向上させ、低速時に正確な回転速度検出を行なう為には、回転側除肉部である透孔17及び固定側除肉部である切り欠き28の数を増やす必要がある。これら透孔17及び切り欠き28の数を増やすべく、それぞれのピッチを短くすると、隣り合う透孔17同士の間に存在する磁性材製の柱部及び隣り合う切り欠き28同士の間に存在する磁性材製の舌片の幅寸法が小さくなる。
【0015】
これに対して、センサ20を構成するコイル24に惹起される電圧を大きく(高く)する為には、このセンサ20を構成するステータ23を流れる磁束の量を多くする必要がある。又、トーンホイール13のうちで透孔17を形成した部分の速度を速くして、この透孔17と切り欠き28との相対変位速度を速くする事も、上記電圧を大きくする為に効果がある。
【0016】
磁束の量を多くする為には、やはりセンサ20を構成する永久磁石22として磁束密度の高いもの(磁気が強いもの)を使用すると共に、上記舌片及び柱部の幅寸法を大きくしなければならない。この様に舌片及び柱部の幅寸法を大きくするのは、これら舌片及び柱部で磁束が飽和する事を防止する為である。これら舌片及び柱部の幅寸法が小さいまま、単に上記永久磁石22の磁束密度を高くした結果、これら舌片及び柱部で磁束が飽和すると、トーンホイール13の回転に拘らず、ステータ23内を流れる磁束の密度変化が極端に減少し、却って上記コイル24に惹起される電圧が低くなる。
【0017】
透孔17及び切り欠き28の数を増やすと同時に、上記舌片及び柱部の幅寸法を大きくし、更に透孔17と切り欠き28との相対変位速度を速くする為には、トーンホイール13のうちで上記透孔17を形成した部分の直径、及びステータ23のうちで切り欠き28を形成した部分の直径を大きくする事が必要である。ところが、図5〜6に示した従来構造の場合には、トーンホイール13の外周面とセンサ20の内周面とを対向させている為、上記各部分の直径を大きくする事が難しい。本発明の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットは、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットは、前述した従来の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットと同様に、第一の周面に固定側軌道面を有する固定輪と、この固定輪の端部に固定されたカバーと、上記第一の周面と対向する第二の周面に回転側軌道面を有する回転輪と、上記固定側軌道面と回転側軌道面との間に転動自在に設けられた複数の転動体と、円周方向に亙り等間隔に形成された複数の回転側除肉部を有し上記回転輪の端部に固定された、磁性材製で円環状のトーンホイールと、このトーンホイールと対向する状態で上記カバーの内側に保持されたセンサとを備えている。
【0019】
特に、本発明の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットに於いては、上記トーンホイールは上記回転輪及び固定輪と同心の回転円筒部を有し、上記回転側除肉部は、透孔、切り欠き、或は凹凸を構成する凹部として、少なくともこの回転円筒部の一部内周面側に設けられている。又、上記センサは、全体が円環形状で、永久磁石と磁性材製のステータとコイルとを備える。そして、合成樹脂に包埋され、その合成樹脂で一体になった上記センサは、一端に塞ぎ部を有するカバーに、この塞ぎ部に関して上記各転動体を設置した空間側に少なくとも上記ステータとコイルとを配置する状態で内嵌固定され、上記トーンホイールを構成する回転円筒部の内径側に配置されており、
上記ステータの一部で、上記トーンホイールの被検出部である、上記回転側円筒部の内周面で上記回転側除肉部を形成した部分と対向する部分には固定側除肉部が、やはり透孔、切り欠き、或は凹凸を構成する凹部として、形成されている。又、上記コイルは、上記ステータに、このステータを含む磁性材製の部分と永久磁石とにより少なくとも三方を囲う状態で、その全周に亙り添設されている。
【0020】
【作用】
上述の様に構成される本発明の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットが、車輪を懸架装置に回転自在に支持すると共に、この車輪の回転速度を検出する際の作用自体は、前述した従来の回転速度検出用転がり軸受ユニットと同様である。特に、本発明の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットの場合には、トーンホイールに形成した回転側円筒部の内周面で回転側除肉部を形成した部分とステータの一部に形成した固定側除肉部とを対向させる為、この回転側円筒部の直径を大きくできるこの結果、固定側、回転側両除肉部の数を十分に確保して回転速度の検出精度を高め、しかも隣り合う除肉部同士の間に存在する部分の幅寸法を十分に確保してセンサの出力を大きくできる。
【0021】
【実施例】
図1〜2は本発明の第一実施例を示している。尚、本発明の特徴は、回転速度の検出精度を確保しつつセンサの出力を大きくする為、固定側、回転側、両除肉部を設けた固定側、回転側、両円筒部の直径を大きくする為の構造にある。その他の部分の構成及び作用は、前述した従来構造とほぼ同様である為、同等部分には同一符号を付して、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
【0022】
本発明の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットを構成するトーンホイール13aは、軟鋼板等の磁性材製の板材に絞り等の塑性加工を施す事により、断面がクランク型で全体を円環状(円筒状)に構成している。即ち、このトーンホイール13aは、互いに同心の小径部14aと大径部15aとを段部16aにより連続させて成る。この様なトーンホイール13aは、上記小径部14aを内輪部材5の内端部で内輪軌道3bから外れた部分に外嵌する事により、ハブ1と共に回転自在としている。回転輪であるハブ1及び固定輪である外輪相当部材8と同心の回転円筒部である、上記大径部15aには、それぞれが回転側除肉部である複数の透孔17、17を、直径方向に亙り等間隔で形成している。
【0023】
センサ20aは、それぞれが円環状に形成された永久磁石22とステータ23aとコイル24とを備える。このうちの永久磁石22は、全周に亙り直径方向に着磁されている。そして、この永久磁石22の着磁方向一端面である外周面を、上記トーンホイール13aを構成する大径部15aの基端部(図1〜2の左端部)で上記透孔17、17を形成していない部分に、微小隙間25aを介して対向させている。
【0024】
又、上記ステータ23aは、軟鋼板等の磁性金属板を断面略J字形に形成したもので、互いに同心の外側円筒部26aと内側円筒部27aとを有する。これら両円筒部26a、27aのうち、内側円筒部27aの先端部(図1〜2の左端部)は上記外側円筒部26aの先端縁よりも軸方向に突出している。そして、上記内側円筒部27aの先端部で上記外側円筒部26aの先端縁から突出した部分の外周面に、上記永久磁石22の内周面を当接若しくは近接させている。
【0025】
又、上記ステータ23aの他端部に形成された固定側円筒部である、上記外側円筒部26aには、固定側除肉部である切り欠き28、28を、上記透孔17、17と等ピッチで形成している。そして、この切り欠き28、28を形成した外側円筒部26aを、前記トーンホイール13aの大径部15aで上記透孔17、17を形成した部分に、前記微小隙間25aを介して対向させている。
【0026】
更に、前記コイル24は、上記ステータ23aの中間部で、前記永久磁石22の側面と上記外側、内側、両円筒部26a、27aとにより囲まれる部分に、その全周に亙って添設されている。尚、このコイル24は、合成樹脂等の非磁性材により断面コ字形で全体を円環状に造られたボビン31に、ニクロム線等の導線を巻回する事により構成されている。尚、この導線の端部は、上記ステータ23aに形成された図示しない通孔を通じて取り出され、コネクタ30内の端子に接続される。
【0027】
上述の様に構成されるセンサ20aは、断面が横凸字形で全体を円環状に造られた合成樹脂21a内に包埋される。そして、この合成樹脂21aを、外輪相当部材8の内端開口部に嵌着したカバー18に内嵌固定している。この状態で前記トーンホイール13aの大径部15aの内周面は、上記合成樹脂21aの一部で、上記センサ20aを包埋した円筒部32の外周面に、前記微小隙間25aを介して対向する。
【0028】
上述の様に構成される本発明の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットが、車輪を懸架装置に回転自在に支持すると共に、この車輪の回転速度を検出する際の作用自体は、前述した従来の回転速度検出用転がり軸受ユニットと同様である。ハブ1と共にトーンホイール13aが回転すると、このトーンホイール13aと対向するステータ23a内の磁束密度が変化し、上記コイル24に惹起される電圧が、上記ハブ1の回転速度に比例した周波数で変化する。
【0029】
即ち、上記トーンホイール13aに設けた複数の透孔17、17と、ステータ23aに設けた切り欠き28、28とが互いに対向した瞬間には、図3(A)に示す様に、隣り合う透孔17同士の間に存在する磁性体である柱部33と、やはり隣り合う切り欠き28同士の間に存在する磁性体である舌片34とが、前記微小隙間25aを介して互いに対向する。この様にそれぞれが磁性体である柱部33と舌片34とが互いに対向した状態では、上記トーンホイール13aとステータ23aとの間に、図3(A)に矢印で示す様に高密度の磁束が流れる。
【0030】
これに対して、上記透孔17、17と切り欠き28、28との位相が半分だけずれると、上記トーンホイール13aとステータ23aとの間で流れる磁束の密度が低くなる。即ち、この状態では、図3(B)に示す様に、トーンホイール13aに設けた透孔17が上記舌片34に対向すると同時に、ステータ23aに設けた切り欠き28が上記柱部33に対向する。この様に柱部33が切り欠き28に、舌片34が透孔17に、それぞれ対向した状態では、上記トーンホイール13aとステータ23aとの間に比較的大きな空隙が、全周に亙って存在する。そして、この状態では、これら両部材13a、23aの間に流れる磁束の密度が低くなる。この結果、前記コイル24に惹起される電圧が、前記ハブ1の回転速度に比例して変化する。
【0031】
特に、本発明の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットの場合には、トーンホイール13aに形成した大径部15aの内周面と、ステータ23aに形成した外側円筒部26aの外周面とを対向させる為、これら大径部15a及び外側円筒部26aの直径を大きくできる。即ち、この外側円筒部26aを、コイル24の存在等により直径方向に亙る厚さ寸法が或る程度嵩むセンサ20aの外周側に配置する為、この大径部15a及び外側円筒部26aの直径を大きくできる。この結果、固定側、回転側両除肉部である透孔17、17及び切り欠き28、28の数を十分に確保して回転速度の検出精度を高め、しかも隣り合う透孔17、17同士の間に存在する舌片34及び隣り合う切り欠き17、17の間に存在する柱部33の幅寸法を十分に確保してセンサの出力を大きくできる。
【0032】
次に、図4は本発明の第二実施例を示している。本実施例の場合には、カバー18aを構成する端板35の中央部に有底円筒状の凸部36を形成し、この凸部36に、センサ20aを包埋した合成樹脂21bを外嵌している。この結果、この合成樹脂21bに加わる曲げ応力を緩和して、この合成樹脂21bの耐久性及び信頼性の向上を図れる。即ち、本発明の場合には、センサ20aが合成樹脂21a、21bによるサポート部から軸方向に突出(オーバハング)した構造になる。この為、センサ20aが振動による加速度を受けた時にモーメント荷重が働き、合成樹脂21a、21bに大きな曲げ応力が発生する可能性がある。前述した第一実施例の場合にはこのモーメント荷重を、合成樹脂21aの外径面とカバー18の内径面との間に働く圧縮接触応力と、上記カバー18の底部に形成した通孔部分で互いに連通し、上記カバー18の内部とコネクタ30部分とを結ぶ合成樹脂21aの断面に働く引っ張り応力との2つの応力で支えている。これに対して、本実施例の場合には、更に合成樹脂21bの内径面とカバー18aの中央部に形成した凸部36の円筒状の外径面との間に働く圧縮接触応力でも、上記モーメント荷重を支える。従って、3箇所で上記モーメント荷重を支えるので、合成樹脂21bに働く応力を低減できる。又、設計によっては、カバー18aの中央部に形成した凸部36の先端面(図4の左端面)からセンサ20a全体をオーバハングさせずに、部分的にオーバハングさせる事も可能になり、モーメント荷重そのものも小さくする事も可能である。その他の部分の構成及び作用は、前述した第一実施例の場合と同様である。
【0033】
【発明の効果】
本発明の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットは、以上に述べた通り構成され作用するので、回転速度の検出精度を確保しつつ大きな出力を得る事ができ、車輪の回転速度検出を、高精度で且つ確実に行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例を示す断面図。
【図2】図1のA部拡大図。
【図3】センサに出力が発生する状況を説明する為の、トーンホイールとセンサとの部分拡大断面図。
【図4】本発明の第二実施例を示す、図2と同様の図。
【図5】従来構造の1例を示す断面図。
【図6】図5のB部拡大図。
【符号の説明】
1 ハブ
2 フランジ部
3a、3b 内輪軌道
4 段部
5 内輪部材
6 雄ねじ部
7 ナット
8 外輪相当部材
9 取付部
10a、10b 外輪軌道
11 転動体
12 シールリング
13、13a トーンホイール
14、14a 小径部
15、15a 大径部
16、16a 段部
17 透孔
18、18a カバー
19 円筒部
20、20a センサ
21、21a、21b 合成樹脂
22 永久磁石
23、23a ステータ
24 コイル
25、25a 微小隙間
26、26a 外側円筒部
27、27a 内側円筒部
28 切り欠き
29 リング
30 コネクタ
31 ボビン
32 円筒部
33 柱部
34 舌片
35 端板
36 凸部

Claims (1)

  1. 第一の周面に固定側軌道面を有する固定輪と、この固定輪の端部に固定されたカバーと、上記第一の周面と対向する第二の周面に回転側軌道面を有する回転輪と、上記固定側軌道面と回転側軌道面との間に転動自在に設けられた複数の転動体と、円周方向に亙り等間隔に形成された複数の回転側除肉部を有し上記回転輪の端部に固定された、磁性材製で円環状のトーンホイールと、このトーンホイールと対向する状態で上記カバーの内側に保持されたセンサとを備えた回転速度検出装置付転がり軸受ユニットに於いて、
    上記トーンホイールは上記回転輪及び固定輪と同心の回転円筒部を有し、上記回転側除肉部は少なくともこの回転円筒部の一部内周面側に設けられており、
    上記センサは、全体が円環形状で、永久磁石と磁性材製のステータとコイルとを備え、 合成樹脂に包埋され、その合成樹脂で一体になった上記センサは、一端に塞ぎ部を有するカバーに、この塞ぎ部に関して上記各転動体を設置した空間側に少なくとも上記ステータとコイルとを配置する状態で内嵌固定され、上記トーンホイールを構成する回転円筒部の内径側に配置されており、
    上記ステータの一部で、上記トーンホイールの被検出部である、上記回転側円筒部の内周面で上記回転側除肉部を形成した部分と対向する部分には固定側除肉部が形成されており、
    上記コイルは、上記ステータに、このステータを含む磁性材製の部分と永久磁石とにより少なくとも三方を囲う状態で、その全周に亙り添設されている事を特徴とする回転速度検出装置付転がり軸受ユニット。
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