JP4250418B2 - ステアリングホイール用の計装付き軸受け - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、特に電気式のステアリングホイール、例えばフォークリフト、または公共工事用の機械用の、に関連して使用可能な計装付きの軸受けに関する。
【０００２】
この種の軸受けは、外部要素と、内部要素と、その間に与えられる少なくとも１列の回転する要素と、を含む。これらの要素の１つは、構造物に対して固定されており、他の要素は、ステアリングホイールによって回転させることができる。計装付き軸受けは、電気式または電気油圧式のソレノイドを制御するため、回転する要素の回転パラメータを検出する手段を含む。
【０００３】
電気誘導制御が、現在、コンベア、例えば、フォークリフトまたはある種の公共事業用の機械、にますます多く使用されている。運転者により回転されるステアリングホイールは、組み込まれる形で、またはそうではない形で、回転検出システムが付加された、１または２の軸受けにより固定されたサポートに取り付けられている。この検出システムは、ステアリングホイールの回転を代表する信号（角度、方向および角速度）を発生し、該信号は信号処理システムに導かれる。該信号は、その後、電子パイロットロジックシステム（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐｉｌｏｔ ｌｏｇｉｃ ｓｙｓｔｅｍ）に導かれる。電子パイロットでは、電気式ソレノイドまたは電気油圧式ソレノイドに適切な信号が送られ、運転者によって与えられた命令に応じた車両のホイールの配置を生じさせる。
【０００４】
そのようなデバイスの具体例は、仏国特許出願第２，７８２，９７０号に開示されている。このデバイスでは、運転の正確さおよび車両の信頼性に好ましい負荷モーメントを生じさせるために、ステアリングホイールにブレーキをかけるシステムも与えられている。
【０００５】
これら公知のデバイスは、技術的には満足のいくものであるが、ある種の欠点、特に、小型化および車両または機械上での組み立ての容易性に関して欠点を有している。
【０００６】
従来のデバイス、例えば、多極磁化されたリングと協動するホール効果センサを用いるデバイスでは、磁化されたリングの磁極の現実的な数および精度に依存した測定品質で、既知の予め規定したレファランスゼロに対する回転する部分の絶対角位置を与える絶対的なコーディングを得ることは困難である。
【０００７】
他方、多極リングにより絶対的なコーディングを得るためには、レファランス極の識別を可能にする追加情報を含むこととなり、単純化、コストおよびスペース要件にとって悪影響すると考えられる。
【０００８】
欧州特許願第０，９３２，０１９号は、マグネットレジスターを含むセンサの前方で運動可能な、磁化されたロッドを持った回転するディスクを含んだセンサを開示する。しかし、角位置を測定するために使用されるこのデバイスは、回転する部分の適当なサポートを保証することができるいかなる軸受けも含まない。さらに、センサによって作成される信号の統合され、かつ信頼可能な処理は全く与えられていない。
【０００９】
本発明の目的は、従来のデバイスの問題点を解決し、特にコンパクトであって、かつ信頼性を有し、さらに絶対角位置の正確な測定を可能にする、計装付きの軸受けを提供することである。
【００１０】
本発明の計装付きの軸受けは、特に電気誘導制御システムが取り付けられたコンベアの電気式ステアリングホイールに使用することができる。本発明の計装付き軸受けは、両者の間に配置された少なくとも１列の回転する要素により、固定された一方に対して、他方がその軸の周りを回転運動する外部要素および内部要素を含む。また、このデバイスは、回転する要素の回転パラメータを検出する手段を含む。該検出手段は、固定された部分に配置される、磁気を感知するセンサと、回転軸のいずれかの側に磁極を有し、該センサに対向するように回転する部分に配置された永久磁石と、を含む。
【００１１】
永久磁石は、ステアリングホイールの反対側で、回転する要素の前面に取り付けられている。
【００１２】
このようにして、回転する部分の角位置の絶対的なコーディングが、非常に簡単に、かつ経済的に達成される。
【００１３】
好ましい実施形態において、磁気を感知するセンサは、永久磁石が取り付けられた回転する部分の回転軸に対応する点の周囲に分布する複数のホール効果のセルを含む。
【００１４】
磁気を感知するセンサは、好ましくは集積回路チップの形で作成することができ、電流供給を可能にし、信号のアウトプットと、固定された部分からの予め規定された角位置をプログラミングして、ゼロレファランス角度を定義する、複数のコンタクトピンを含んでもよい。
【００１５】
他の実施形態において、磁気を感知するセンサは、回転軸を中心とするマグネットレジスターを含む。
【００１６】
磁気を感知するセンサは、好ましくは、軸受けと、コネクタを有してもよいクロージングカバーとの間の空間に、自転するように、固定して取り付けられた、プリント回路板上に取り付けられる。このようにして、ステアリングホイールのサポート手段と、信号の電気的処理の集合体が、１ユニットに統合される。このユニットが車両または機械に取り付けられると、ステアリングホイールを取り付けて、集合体を機能させるために、電気ケーブルをコネクタに接続すれば十分である。
【００１７】
信号を処理するための電子的手段および電子的パイロット手段は、好ましくは、磁気を感知するセンサが取り付けられたプリント回路板上に配置される。この場合において、プリント回路の単純な変更により、デバイスを他の用途に適用することができる。
【００１８】
カバーによる保持されたコネクタと、プリント回路板との間のリンクは、好ましくは、コンタクトケーブルを使用せず、コンタクト手段により実施される。
【００１９】
好ましくは、センサは、ゼロレファランス位置に対する絶対角位置の信号を与える。
【００２０】
好ましい実施形態において、永久磁石は、回転する部分の前面から外側に突出しないように、該部分の凹部に取り付けられる。このようにして、デバイスの軸上のかさ高さは、最大限削減される。
【００２１】
変種において、永久磁石は、軸受けの回転するリングを有する立体部品で保持されていてもよく、または軸受けの回転するリングに直接保持されていてもよい。
【００２２】
好ましい実施形態において、永久磁石を保持する、回転する部分と、ステアリングホイールの少なくとも一部、さらに言えばステアリングホイール全体は、単一のモノブロック部品を形成する。したがって、組み立ては特に簡単である。
【００２３】
変種において、軸受けの回転するリングは、ステアリングホイールを直接保持する。
【００２４】
永久磁石は、その極が回転する部分の回転軸のいずれかの側に位置する、双極磁化されたロッドまたは環状要素であってよい。
【００２５】
本発明は、添付した図面に示され、かつ以下に述べる限定的ではない実施例に記載された２つの具体的な実施形態からよりよく理解される。
【００２６】
図１に示す実施形態において、計装付きの回転する軸受けデバイスは、プレス板から作成される、環形状をした外部要素１を含む。該外部要素１は、筒状部分２と、該筒状部分２の１端から外側方向に延びる放射状部分３と、を含む。放射状部分３は、固定された構造物５に取り付けるためのねじを受ける、複数の固定用の孔が与えられている。
【００２７】
軸受けデバイスは、さらに、外部要素１と同一の軸７を中心とする内部要素６を含む。内部要素６は、環状をした外部スパン８を有する、環形状をした立体部品である。複数の孔１０は、１１で示されるねじを受けるため、回転する内部要素６の１端に与えられている。該ねじ１１は、例えば、図で点線で示された、回転するステアリングホイール１２の取り付けを意図している。ステアリングホイール１２は、回転する部分の軸端に固定されており、該部分の他端は磁石を保持している。内部要素６は、そこから孔１０が形成された放射状の面６ｂを与える。
【００２８】
図示した実施形態において、外部要素１と、内部要素６と、の間には、玉軸受け１３が取り付けられている。玉軸受け１３は、外部要素１の筒状部分２の孔内に取り付けられた外部リング１５と、内部要素６の環状のスパン８上に取り付けられた内部リング１６と、の間に配置される１列の玉１４を含む。
【００２９】
変種において、玉１４、ローラ、ニードル等の回転する要素は、外部要素および内部要素上に機械加工されるレースにより、該外部要素１および内部要素６と直接接触して取り付けられてもよい。
【００３０】
外部要素１の筒状部分２の孔内にはめ込まれる外部リング１５は、該回転する要素１４のためのレース１５ａが与えられている。内部要素６の環状をしたスパン８にはめ込まれた内部リング１６は、回転する要素１４のためのレース１６ａが与えられている。外部リング１５は、また、レース１５ａのいずれかの側の孔内にはめ込まれた２つの対称の溝が与えられており、内部リング１６のスパンと摺動するシーリング要素２０を取り付けることができる。
【００３１】
図示した形態において、軸を中心に回転する内部要素６は、双極磁化されたロッドの形で作成された永久磁石２１を含む。該永久磁石２１は、回転する内部要素６の前面６ａから突出しないように、該前面６ａ上に機械加工された凹部２２内に取り付けられており、内部要素６の各々反対側の端部を形成する面６ａ、６ｂに面している。永久磁石２１は、ステアリングホイール１２の反対側で、軸を中心に回転する内部要素６上に配置されている。永久磁石２１のＮ磁極およびＳ磁極の部分は、それぞれ、回転軸７の異なる側に配置されている。
【００３２】
図示した形態では、磁気を感知するセンサは、エアギャップにより永久磁石２１からわずかにオフセットした状態で、該永久磁石２１に対向して配置されたマグネットレジスター２３の形であり、該マグネットレジスター２３は、放射状をした面内に配置されたプリント回路板２４上に固定されており、該プリント回路板は、ねじ、接着剤等の適当な手段で、固定された外部要素２に固定される。プリント回路板２４は、同時に、マグネットレジスター２３からの放出される信号を処理する電子的手段２５と、図１において点線で示され、レファランス番号４４で示されるソレノイド、例えば電気油圧式のソレノイド、のためのパイロットロジックを構築する電子的手段２６と、を含む。
【００３３】
図示した形態において、磁石２１と、センサ、とは直接対向している。変種において、センサは、回路板２４に対向する側、すなわち、電子的手段２５および２６の側、に取り付けられる。磁石２１およびセンサは、その後、エアギャップを隔てて、回路板２４によって分離される。
【００３４】
全体としてのデバイスは、例えば、固定された外部要素１の筒状部分２の外側端部に好適な手段で固定される、合成樹脂製のクロージングカバー２５の形をした放射状のパーティションによりプリント回路板２４の側に形成される。また、筒状部分２から直接生じる放射状のパーティションが与えられてもよい。
【００３５】
図示した形態において、カバー２７は、また、プリント回路板２４に装備されたパイロット電子的手段のアウトプットにピン２９が直接電気的に接続されたコネクタ２８を含む。接続は、接続ケーブルを使用せずに、好適な直接的な方法で実施されており、かなり小型化され、劣化のリスクが排除されている。
【００３６】
図２は、平面図であり、マグネットレジスター２３と、永久磁石２１とが、具体的な相対位置で示されている。例示のため、対称関係にあるマグネットレジスターの軸２３ａおよび永久磁石２１の軸２１ａは、それらの間にステアリングホイール１２の回転に応じた角度をなしている。
【００３７】
マグネットレジスター２３は、２つの抵抗を有する導電体要素３１および３２を含むチップの形である。該要素３１、３２は、各々軸に沿って延びており、蛇行して配置された抵抗を有するワイヤの形態で構成されている。蛇行した抵抗を有する要素３１は、縦方向の軸２３ａに平行に配置されており、一方、メアンダー状をした抵抗を有する要素３２は、軸２３ａに垂直に配置されている。抵抗を有する要素３１の一方の端部は、供給端末３３と接続されており、一方、反対側の端部は、出力端末３４と接続されている。同一条件下で、抵抗要素３２は、一方の端部がインプット端末３５と接続され、反対側の端部がアウトプット端末３４と接続され、２つの抵抗要素３１および３２に共通する端末を構成する。
【００３８】
抵抗要素３１および３２を構成するメアンダーの配置について検討すると、永久磁石２１の角度上の位置で決定される、マグネットレジスター２３が受ける磁場の変化は、該マグネットレジスターでの抵抗の変化を生じさせ、その電圧が永久磁石２１およびマグネットレジスター２３間の角度を代表する電流の形態で電気信号を与える。
【００３９】
図３は、磁気を感知するセンサを使用し、全体として３６で表される第２の実施形態を示す。この実施形態は、デバイスの回転する部分の回転軸が通過する仮想点３８の周囲に均等に分布する、複数の、図示した形態では５つの、ホール効果セル３７を含む。ホール効果セル３７は、大きさが数ｍｍで、厚さ約１ｍｍの、非常に小さな集積回路チップ３９に組み込まれている。集積回路チップ３９は、好ましくは、電流の供給を保証し、ゼロレファランス角位置のプログラミングと、絶対角位置を与える信号のアウトプットを保証する、複数の、図示した例では６つ、のコンタクトピン４０と、プレプロセス用の信号回路（図示していない）と、を含む。
【００４０】
図３に示した実施形態で使用される永久磁石４１は、各半分の区域（ｄｅｍｉｓｅｃｔｏｒ）がＮ磁極およびＳ磁極を定義する環形状をした要素である。環形状をした要素４１の軸は、人為的な点（ａｒｔｉｆｉａｌ ｐｏｉｎｔ）３８と区別がつかない。
【００４１】
異なるホール効果セル３７の前方での磁石４１の回転は、各セル３７で磁場の変化に応じたアウトプット電流の変化を生じさせる。各セル３７でのアウトプット電流の変化の統合は、磁石の角位置を代表する信号を与え、該角は、ゼロレファランス位置を代表する軸４２と、永久磁石４１のＮ磁極およびＳ磁極を結ぶ軸４３と、の間で定義される。
【００４２】
デバイスは、そのようにして、固定された部分の規定されたゼロ位置に対する回転する部分の絶対角位置を与えるコーディングを得るために好ましく使用することができる。
【００４３】
図示していないが、回転運動する手段と、固定された手段との摩擦モーメントを生じさせ、それによりステアリングホイールの回転運動における精度を改善するため、ブレーキ要素が与えられてもよい。そのようなブレーキ要素の具体例として、仏国特許出願第２，７８０，９７０号をレファランスとすることができる。
【００４４】
本発明のデバイスは、従って、軸上のかさ高さは、最大限削減され、回転する部分の角位置の絶対的なコーディングを得ることを可能にする。
【００４５】
デバイスの構造は、その各々の側に好適なシーリングデバイスを含む標準的な軸受けの使用を可能にする。
【００４６】
デバイスのコンパクトな構造は、敏感な要素を完全に保護しつつ、紛失部品のリスクを排除することにより、取り扱われる軸受けの信頼性を向上させることができる。
【００４７】
図示した実施形態では、永久磁石は、回転する内部要素上に置かれているが、変種において、永久磁石は、軸受けの回転するリングに直接取り付けたり、この回転するリングを有する他の立体部品に取り付けたりすることも可能であると理解される。
【００４８】
好ましい実施形態において、ステアリングホイールの一部または全部を有するモノブロック部品の形で、永久磁石を保持する回転する内部要素を構成してもよい。このような構成であれば、組み立ておよび分解がさらに簡素化される。
【００４９】
図示した実施形態では、外部要素は、回転する内部要素に固定されているが、本発明では、大幅な変更をすることなく、内部要素が固定されており、外部要素が回転する構造に応用することができると理解される。
【００５０】
本発明は、固定された構造物に取り付け可能であって、異なる種類のソレノイド（例えば、ステアバイワイヤシステムを装備した自動車や船舶用の電気式ソレノイド）に接続可能な、モジュールの形態をした多用途システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の計装付き軸受けデバイスの第１の実施形態の軸方向の断面図である。
【図２】 図１のデバイスの、磁気を感知するセンサに対して、永久磁石によって受けられる位置を示している。
【図３】 第２の実施形態において、ホール効果セルの集合体に対して、環形状をした永久磁石によって受けられる位置を示している。

Claims (12)

1. 両者の間に配置された少なくとも１列の転動体により、一方が、固定された他方に対して軸の周りを回転運動する外部要素および内部要素を含む、電気式ステアリングホイール用の計装付き軸受けであって、
   前記外部要素または内部要素はステアリングホイールを固定する面を含み、
   前記軸受は、回転する要素の角位置を検出する検出手段を含み、
   前記検出手段は、固定された部分に配置された磁気を感知するセンサを含み、
   前記磁気を感知するセンサは、軸受と空間を形成するパーティションとの間に定められた空間内に回転しないように取り付けられたプリント回路基板上に固定され、
   前記センサに対向し、軸を中心に回転する部分に、永久磁石の一方の極を回転軸の一方の側、永久磁石の他方の極を回転軸の他方の側に配した永久磁石が取り付けられていることを特徴とする計装付き軸受け。
2. 前記磁気を感知するセンサと前記永久磁石とは、前記軸を中心に回転する部分のステアリングホイールの反対側の表面と、前記磁気を感知するセンサが固定されている固定部分とによって囲まれる空間内に、互いに対向するように配置される請求項１に記載の計装付き軸受け。
3. 前記磁気を感知するセンサは、前記永久磁石を備えた前記回転する部分の前記回転軸に対応する部分の周囲に分布される、複数のホール効果セルを含む請求項１または２に記載の計装付き軸受け。
4. 前記ホール効果セルは、回転軸を中心に円周状に等間隔に配置される請求項３に記載の計装付き軸受け。
5. 前記ホール効果セルは、矩形形状を成している請求項３または４に記載の計装付き軸受け。
6. 前記磁気を感知するセンサは、集積回路チップ内に作成されている請求項１〜５のいずれかに記載の計装付き軸受け。
7. 前記磁気を感知するセンサは、複数のコンタクトピンを含む請求項１〜６のいずれかに記載の計装付き軸受け。
8. 前記磁気を感知するセンサは、前記回転軸を中心とするマグネットレジスターを含む請求項１〜７のいずれかに記載の計装付き軸受け。
9. 前記パーティションは、コネクタを含み、クロージングカバー上に形成されている請求項１〜８のいずれかに記載の計装付き軸受け。
10. 前記センサは、ゼロレファランス位置に対する絶対角位置の信号を与える請求項１〜９のいずれかに記載の計装付き軸受け。
11. 前記永久磁石は、前記前面から外側に突出しないように、軸を中心に回転する要素の凹部内に取り付けられている請求項１〜１０のいずれかに記載の計装付き軸受け。
12. 前記永久磁石は、前記軸受けの回転するリングを有する立体部分によって保持されている請求項１〜１２のいずれかに記載の計装付き軸受け。

Images