JP4281319B2

JP4281319B2 - Rolling bearing device

Info

Publication number: JP4281319B2
Application number: JP2002297923A
Authority: JP
Inventors: 昌弘井上
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2022-10-10
Also published as: JP2004132477A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から転がり軸受に回転検出器を組み込んだものがある。
【０００３】
このような回転検出器には、周知のパッシブタイプ（特許文献１参照）とアクティブタイプ（特許文献２参照）とがあるが、後者の回転検出器のほうが、非回転状態を検出できる点、回転検出精度が高い点で優れている。
【０００４】
上記アクティブタイプの回転検出器は、トーンホイール（別称パルサーリング）と、磁気センサとを含む。トーンホイールは、周方向交互にＮ極とＳ極とを配置した多極磁石からなり、転がり軸受の回転体（内輪または外輪）に対して装着される。磁気センサは、転がり軸受に備える非回転体（外輪または内輪）に対して前記トーンホイールに対向する状態で取り付けられる。
【０００５】
動作としては、回転体と同期回転するトーンホイールの回転に応じて磁気センサからパルス信号を出力するようになっており、このパルス信号を信号処理することにより回転体の回転速度や回転方向などの回転状態を認識するようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
実開平６−４７８６７号公報
【特許文献２】
特開平１１−１７４０６９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記アクティブタイプの回転検出器において、検出精度のさらなる向上を図るには、トーンホイールの磁極それぞれのピッチを小さくすればいいが、このピッチを小さくすることに限界があることが指摘される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の転がり軸受装置は、内輪と外輪との間に多数の転動体を介装した転がり軸受装置であって、入力励磁電圧を、前記内輪と外輪との相対的な回転状態に応じた誘起電圧に変換して出力する回転検出器と、前記回転検出から出力される信号を外部に設けられる信号処理部に対して無線送信する無線送信機と、前記内輪または外輪の回転に伴い電圧を発生し、その電圧を前記回転検出器に対して入力励磁電圧として入力する発電機とを備え、前記無線送信機および発電機が、前記軸受装置に取付けられるブラケットに一体的に取り付けられ、前記回転検出器は、前記外輪の内径側と内輪の外径側とのうちの一方に一体的に設けられかつ円周数ヶ所に極歯を有する検出用ステータと、検出用ステータの各極歯に対して適宜巻回される励磁巻線および出力巻線と、前記外輪の内径側と内輪の外径側との他方に一体的に設けられかつ回転に伴い前記検出用ステータの各極歯との間のギャップパーミアンスを変化させる検出用ロータとを含むＶＲ（バリアブル・リラクタンス）タイプのブラシレスレゾルバとされ、前記外輪は車体に固定するための径方向外向きのフランジが設けられ、前記外輪の内周面に２つの軌道溝が設けられているとともに、前記外輪の内周にハブ軸が回転可能に挿通されており、このハブ軸に、車輪やディスクロータを取付けるための径方向外向きのフランジが設けられ、前記ハブ軸は、前記外輪に設けた２つの軌道溝のうち一方の軌道溝に対して一対となる軌道面を有し、前記ハブ軸の外周面に嵌合される内輪部材には、前記外輪の他方の軌道溝に対して一対となる軌道溝を有し、この内輪部材と前記ハブ軸とにより前記内輪が構成され、前記外輪の２つの軌道溝と前記ハブ軸の軌道面および内輪部材の軌道溝との間にそれぞれ前記転動体が介装されており、前記検出用ステータは、前記ニ列の外輪軌道溝間の領域に対して配設され、前記検出用ステータと径方向で対向する領域には、前記検出用ロータとして用いる平坦部が設けられ、前記平坦部によって前記ハブ軸の外周面が異径とされているとともに、前記無線送信機は前記外輪の車両インナ側端部の内周面に嵌合固定されたシールカバーの円筒部該周面における円周所定領域に対して取り付けられ、さらに、前記発電機は、前記シールカバー内部に対して配設されている。
【０００９】
この場合、回転検出器が、内輪と外輪のうち回転体となる側が非回転状態でもほぼ一定の振幅の誘起電圧を出力するものであるから、回転体の停止状態を確実に認識できる他、回転体の回転状態に応じて振幅が無段階に変化する誘起電圧を出力するものであるから、回転体の回転状態を従来例に比べて詳細にかつ高精度に把握できるようになる。しかも、回転検出器による検出信号を無線で外部に送信させるようにしているから、回転検出器と外部の信号処理部とを接続する信号線が不要となり、仮に回転検出器と外部の信号処理部とを信号線で接続する場合のように前記信号線が断線するといった不慮の事故が避けられる。
【００１０】
なお、上記無線送信機は、電波、赤外線などの光による伝送、または超音波による伝送を行うものの他、磁気結合による伝送を行うものなど、空間を伝送する信号を用いるものであればよい。
【００１１】
そして、発電機を備えていることで、転がり軸受装置の外部に、回転検出器に対する励磁電圧入力手段を別途設けなくて済む他、回転検出器と発電機との電気的な接続が簡単に行える。
【００１２】
また、上記転がり軸受装置は、前記発電機は、前記無線送信機に対して駆動電圧を供給することにより、転がり軸受装置の外部に無線送信機に対する電圧供給手段などを別途設けなうて済む他、回転検出および無線送信機と発電機との間の電気的な接続が簡単に行えるようになる。
【００１４】
なお、上記「一体的に」とは、２つの部材を結合固定して同体化したものと、２つの部材を１つの部材にしたものとの両方を含む意味で使用している。
【００１５】
【発明の実施形態】
図１から図３に本発明の実施形態１を示している。図例の転がり軸受装置１は、内輪２と、外輪３と、複数の玉４と、保持器リング５とを備えている。
【００１６】
ここで、内輪２は、図示しない回転軸などの外周に嵌合されることにより回転体とされるものである。外輪３は、図示しないハウジングなどの孔内に嵌合されることにより非回転体とされるものであり、内輪２の外周に対して同心状に配置される。玉４は、保持器リング５に備える複数のポケット内に収納されることで、内・外輪２，３間の環状空間に円周等間隔に介装される。
【００１７】
この実施形態では、転がり軸受装置１に対して、回転検出器としてのブラシレスレゾルバ１０と、無線送信機２０と、交流発電機３０とを組み込んでいる。
【００１８】
ブラシレスレゾルバ１０は、上記内輪２の回転状態（回転角度、回転速度や回転方向など）を検出するもので、ここでは周知のＶＲ（バリアブル・リラクタンス）タイプとされている。このブラシレスレゾルバ１０は、上記内輪２を検出用ロータとして用いているとともに、検出用ステータ１２と、励磁巻線１３、第１出力巻線１４、第２出力巻線１５とを備えている。このブラシレスレゾルバ１０は、この実施形態において１相励磁／２相出力とする場合を例に挙げている。
【００１９】
なお、前記検出用ロータとしての内輪２は、磁性材からなる。この内輪２の外周面肩部は、円周上の所定角度領域に平坦部２ａが設けられているが、その他の外周面は円形である。また、この内輪２の外周面肩部の形状は、その回転に伴ない、下記各極歯１２ａの外周面との間のギャップパーミアンスを変化させる形状であればよいので、上記に限らず、周知の楕円形、おむすび形などとしてもよい。また、前記検出用ロータは、上記内輪２で兼用せず、別個の部材として設けてもよい。
【００２０】
上記検出用ステータ１２は、磁性材からなり、上記外輪３の内周面肩部に圧入などにより嵌合固定される。この検出用ステータ１２の内周の形状は、櫛歯状に形成されている。この検出用ステータ１２の円周数ヶ所に設けられる極歯１２ａに対して、励磁巻線１３、第１出力巻線１４、第２出力巻線１５が適宜巻回され、各極歯１２ａそれぞれの間に設けられる薄肉連結部１２ｂが磁気通路となる。なお、図２に示す側面図では、極歯１２ａの数を８個としているが、図３に示す概略図では、説明を判りやすくするために、極歯１２ａの数を４個としている。この極歯１２ａの最小数は、周方向に９０度ずれた２つとなるが、多くする場合には２の倍数とする必要がある。また、検出用ステータ１２の極歯１２ａの内接円の直径寸法は、内輪２の直径寸法よりも僅かに大きく設定されている。
【００２１】
なお、上記検出用ロータや検出用ステータ１２は、磁気抵抗(リラクタンス)が小さくかつ磁気飽和密度が高い磁性材料、例えば軟磁性材料が好ましい。具体的には、例えば鉄を主成分として含む磁性材料、あるいはニッケルを主成分として含む磁性材料などがあり、積層や単層ケイ素剛板からなるもの、パーマロイ(鉄とニッケルとの合金)、フェライト、ソフトフェライトセラミック、など種々ある。言うまでもないが、上記検出用ロータや検出用ステータ１２の磁性材料としては、上記のようにリラクタンスが小さい材料程、検出用ロータの回転に伴なう検出用ロータと検出用ステータ１２との間におけるギャップパーミアンスの変化が明瞭にあらわれ、その変化に伴なう巻線の誘起電圧(回転状態検出電圧)の発生精度が高まり、回転状態の検出精度の向上に好ましい。
【００２２】
ところで、励磁巻線１３は、ステータ１２のすべての極歯１２ａに対して直列的に巻回されている。第１出力巻線１４と第２出力巻線１５は、誘起電圧分布が各々正弦波分布となるように各極歯１２ａに分布巻きされている。そして、励磁巻線１３に対して正弦波励磁電圧を入力すると、第１出力巻線１４と第２出力巻線１５それぞれからは互いに電気的に９０度位相がずれた波形の２相交流電圧である信号を出力する。例えば、励磁巻線１３への正弦波励磁入力に対して第１出力巻線１４から正弦波信号(ＳＩＮ信号)を、また、第２出力巻線１５からは前記正弦波信号から９０度位相がずれた余弦波信号(ＣＯＳ信号)を出力する。
【００２３】
無線送信機２０は、ブラシレスレゾルバ１０から出力される信号を外部に設けられる信号処理部４０に対して無線送信するものである。この無線送信機２０は、電波、赤外線または超音波による伝送を行うものとされている。なお、信号処理部４０は、周知のＲ／Ｄ（レゾルバ／デジタル）コンバータやＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）などとされるが、無線送信機２０から送信される信号を受信するための受信部４１を有するとともに、この受信部４１で受信した信号に基づいて周知の信号処理を施すことにより、内輪２の回転状態（回転方向、回転角度、回転速度など）を認識するようになっている。なお、上記無線送信機２０は、磁気結合による伝送を行うものとすることも可能であり、その場合には、任意の周波数で励磁する送信コイルなどとされ、信号処理部４０に対して電磁誘導で電圧を発生する受信コイルなどの受信部を設けるようにすればよい。
【００２４】
交流発電機３０は、内輪２の回転に伴い正弦波電圧を発生し、その電圧をブラシレスレゾルバ１０に対して入力励磁電圧として印加するとともに、上記無線送信機２０に対してその駆動電圧として供給するものである。具体的に、この交流発電機３０は、内輪２側に一体的に設けられる発電用ロータ３１と、外輪３側に一体的に設けられる発電用ステータ３２とで構成される。発電用ロータ３１は、内輪２においてブラシレスレゾルバ１０の外側に取り付けられるブラケット３３と、ブラケット３３に装着される鉄芯３４と、この鉄芯３４に対して外径側のみ露出される状態で装着されかつ周方向交互に極性が異なる磁極を有する環状磁石３５とを備えている。発電用ステータ３２は、外輪３においてブラシレスレゾルバ１０の外側に取り付けられるブラケット３６と、ブラケット３６に装着される鉄芯３７と、鉄芯３７に対して内径側のみ露出される状態で巻回される発電コイル３８とを備えている。
【００２５】
なお、上記無線送信機２０は、上記発電用ステータ３２側のブラケット３６の外径側に一体的に取り付けられている。
【００２６】
次に動作を説明する。内輪２が回転すると、交流発電機３０が正弦波電圧を発生し、この交流発電機３０で発生する正弦波電圧を、ブラシレスレゾルバ１０の励磁巻線１３に対して１相交流電圧（入力励磁電圧）として印加する他、無線送信機２０に対してその駆動電圧として供給する。その一方で、前記検出用ロータとしての内輪２の回転に伴い、この内輪２の外周面とブラシレスレゾルバ１０の検出用ステータ１２の各極歯１２ａの内周面との間のギャップパーミアンスが変化するので、この変化に応じて、ブラシレスレゾルバ１０の第１、第２出力巻線１４，１５から振幅が無段階に変化する前記ＳＩＮ信号やＣＯＳ信号を出力し、この信号が無線送信機２０を通じて信号処理部４０の受信部４１に入力される。そして、信号処理部４０では、受信部４１で受信した信号に基づいて、内輪２の回転状態（回転方向、回転角度、回転速度など）を認識する。
【００２７】
以上説明したように、上記転がり軸受装置１では、内輪２の回転状態を従来例のアクティブタイプの回転検出器に比べて高精度に検出できるようになる。また、ブラシレスレゾルバ１０の検出用ロータを前述の内輪２で兼用させているから、構成簡素化、ローコスト化が可能となる。しかも、外輪３の内周面は、研磨などによって高精度に寸法調整されているので、ブラシレスレゾルバ１０の取り付け精度が向上し、ブラシレスレゾルバ１０の検出精度の向上にも貢献する。
【００２８】
また、転がり軸受装置１にブラシレスレゾルバ１０を一体的に組み合わせることにより、以下のような利点がある。すなわち、ブラシレスレゾルバ１０は、ロータとステータとの位置精度（軸振れ、軸方向移動量など）が低いと性能を十分に発揮できないことがあるが、転がり軸受装置１の内輪と外輪の径方向および軸方向の相対位置精度は高精度に管理されているので、本発明のようにロータとステータを内輪と外輪に取り付けまたは一体化した場合は、容易にレゾルバ本来の性能を発揮することができ、回転状態の検出精度を向上できる。一例をあげると、一般的なレゾルバでは、ロータとステータの径方向の振れ精度（軸振れ精度）の許容値は５０μｍ以下、ロータとステータの軸方向許容移動量は±２５０μｍ以下とされているが、図１の実施形態のような深溝型玉軸受では、例えば精度等級が普通級で、内輪内径ｄの呼び寸法が１０ｍｍ〜８０ｍｍのものの場合、径方向の振れ精度（ラジアル内部すきま）がおよそ３μｍ〜３０μｍ、軸方向許容移動量（アキシアル内部すきま）はおよそ０〜２２０μｍであり、レゾルバの取り付け許容精度を十分に満たしている。なお、この値は、転がり軸受単体の精度であり、転がり軸受をハウジングと軸との間に組み込んだ状態ではさらに内部すきまが縮小するので、さらに精度が向上する。
【００２９】
さらに、転がり軸受装置１に無線送信機２０を組み込んでいるから、転がり軸受装置１に装備するブラシレスレゾルバ１０と、転がり軸受装置１の外部に設けられる信号処理部４０とを信号線で接続する必要がなくなり、設備コストを低減できる他、仮にブラシレスレゾルバ１０と外部の信号処理部４０とを信号線で接続する場合のように前記信号線が断線するといった不慮の事故を避けることができる。
【００３０】
また、転がり軸受装置１に交流発電機３０を組み込んでいるから、転がり軸受装置１の外部に、ブラシレスレゾルバ１０に対する励磁電圧入力手段を別途設けなくて済む他、設備コストを低減できる。
【００３１】
また、ブラシレスレゾルバ１０と無線送信機２０と交流発電機３０とを近接配置しているので、ブラシレスレゾルバ１０と無線送信機２０とを、また、ブラシレスレゾルバ１０および無線送信機２０と発電機３０とをそれぞれ電気的に接続する手間も簡単になり、設備コストを低減できる。
【００３２】
以下で、本発明の種々な応用や変形を述べる。
【００３３】
（１）上記実施形態で示した転がり軸受装置１は、転動体としての玉を単列に構成しているが、複列にしてもよい。また、転がり軸受装置１の軸受形式についても、各種の玉軸受、ころ軸受、円すいころ軸受など、いずれであってもよい。
【００３４】
（２）図４に本発明の実施形態２を示している。ここでの転がり軸受装置５０は、複列玉軸受構造になっており、外輪５１と、ハブ軸５２と、内輪５３と、複列の玉５４と、２つの保持器リング５５，５６とを備えている。外輪５１は、図示しない車体などに固定するための径方向外向きのフランジ５１ａが設けられているとともに、内周面に２つの軌道溝が設けられている。ハブ軸５２は、外輪５１の内周に回転可能に挿通されており、図示しない車輪やディスクロータを取り付けるための径方向外向きのフランジ５２ａが設けられているととともに、外輪５１の第１の軌道溝に対して一対となる軌道面が設けられている。内輪５３は、ハブ軸５２の外周面に嵌合されており、外周に外輪５１の第２の軌道溝に対して一対となる軌道溝を有している。玉５４は、外輪５１の２つの軌道溝とハブ軸５２の軌道面および内輪５３の軌道溝との間に２列で介装されている。そして、このような転がり軸受装置５０に対して、上記実施形態１で説明した構成とほぼ同様のブラシレスレゾルバ１０、無線送信機２０、交流発電機３０が組み込まれている。ここでは、ブラシレスレゾルバ１０は、外輪５１の内周面において２つの軌道溝の間の領域に対して配設されていて、無線送信機２０は、外輪５１の車両インナー側端部の内周面に嵌合固定されたシールカバー５７の円筒部外周面における円周所定領域に対して取り付けられ、さらに、交流発電機３０は、シールカバー５７の内部に対して配設されている。詳しくは、ブラシレスレゾルバ１０の検出用ステータ１２は、外輪５１の内周面において軸方向中間の領域に取り付けられており、ブラシレスレゾルバ１０の検出用ロータは、ハブ軸５２で兼用されている。つまり、ハブ軸５２の外周面において前記検出用ステータ１２と径方向で対向する領域には、平坦部５２ａが設けられており、この平坦部５２ａによって外周面が異径とされるハブ軸５２を検出用ロータとして用いているのである。また、交流発電機３０の発電用ステータ３２は、シールカバー５７の円筒部内周面に対して非磁性部材５９を介して嵌合固定されており、交流発電機３０の発電用ロータ３１は、ハブ軸５２の車両インナー側に内輪５３をハブ軸５２に結合するための六角ナット５８の外周に固定されている。この実施形態２においても、ブラシレスレゾルバ１０、無線送信機２０、交流発電機３０の動作は、上記実施形態１と基本的に同様である。なお、実施形態２においても、実施形態１と同様に、ブラシレスレゾルバ１０のロータとステータとの相対位置を高精度に維持することができる。実施形態２は斜接形式の複列玉軸受（アンギュラ複列玉軸受）であるので、通常は予圧を与えて負すきまで使用される。このため、径方向および軸方向ともに移動量は「０」であり、レゾルバの取り付け許容精度を十分に満たしており、ブラシレスレゾルバ１０の回転状態の検出精度が向上する。また、円錐ころ軸受や円筒ころ軸受などの他形式の転がり軸受においても、径方向および軸方向の精度が高精度に管理されているので、ブラシレスレゾルバ１０の回転状態の検出精度が向上する。
【００３５】
（３）ブラシレスレゾルバ１０に備える検出用ステータ１２と検出用ロータの配置関係は、上記各実施形態で説明したものと逆に、検出用ステータ１２を内径側に、また、ロータを外径側に配置することもできる。例えば、上記転がり軸受装置１としては、図示しないが、外輪３を回転させて内輪２を非回転とする場合があるが、その場合には、回転体となる外輪３に対してブラシレスレゾルバ１０の検出用ロータを一体的に取り付けるようにし、非回転体となる内輪２に対してブラシレスレゾルバ１０の検出用ステータ１２を取り付けるようにすればよい。
【００３６】
（４）上記実施形態では、回転検出器として、ＶＲタイプのブラシレスレゾルバを例に挙げたが、その他のタイプのブラシレスレゾルバや、ブラシレスシンクロを用いることができる。
【００３７】
（５）上記各実施形態において、転がり軸受装置１、５０に交流発電機３０を装備していないものも本発明に含まれる。この場合、転がり軸受装置１の外部に励磁電圧入力手段を設ける必要があるが、このように外部からブラシレスレゾルバ１０に対して励磁電圧を印加するようにしていれば、内輪２が停止している状態を検出することができる。つまり、内輪２が停止しているときには、その外周面と検出用ステータ１２の各極歯１２ａの内周面との間のギャップパーミアンスが変化しないので、入力励磁電圧に基づいて第１、第２出力巻線１４，１５からそれぞれほぼ一定の振幅のＳＩＮ信号とＣＯＳ信号を出力する。この信号が上記同様に信号処理部４０の受信部４１に入力されるので、信号処理部４０において内輪２の回転停止状態を認識できるようにすればよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の転がり軸受装置は、回転体の回転状態（停止位置、回転方向、回転角度、回転速度など）を、従来例のアクティブタイプの回転検出器に比べて詳細かつ高精度に認識できるようになるなど、信頼性の向上に貢献できる。
【００３９】
また、回転検出器から転がり軸受装置の外部に配置される信号処理部への信号送信を無線送信機によって無線送信する形態にしているから、前記回転検出器と信号処理部とを接続するための信号線が不要となり、設備コストの低減ならびに信号処理部の配置自由度が増す。
【００４０】
しかも、転がり軸受装置に回転検出器と無線送信機とを装備することによって、それらを電気的に接続する手間を簡単にできて設備コストを低減できる他、仮に回転検出器と外部の信号処理部とを信号線で接続する場合のように前記信号線が断線するといった不慮の事故を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る転がり軸受装置の断面図
【図２】図１の（２）−（２）線断面の矢視図
【図３】図１の転がり軸受装置の構成を概略的に示す図
【図４】本発明の実施形態２に係る転がり軸受装置の断面図
【符号の説明】
１転がり軸受装置２内輪（レゾルバの検出用ロータ）
３外輪４玉
１０ブラシレスレゾルバ１２レゾルバの検出用ステータ
１３励磁巻線１４第１出力巻線
１５第２出力巻線２０無線送信機
３０交流発電機４０信号処理部
４１受信部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rolling bearing device.
[0002]
[Prior art]
Some rolling bearings incorporate a rotation detector.
[0003]
Such rotation detectors include a known passive type (refer to Patent Document 1) and active type (refer to Patent Document 2), but the latter rotation detector can detect a non-rotation state. It is excellent in terms of high detection accuracy.
[0004]
The active type rotation detector includes a tone wheel (also called pulsar ring) and a magnetic sensor. The tone wheel is composed of a multipolar magnet in which N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction, and is mounted on a rotating body (inner ring or outer ring) of a rolling bearing. The magnetic sensor is attached to the non-rotating body (outer ring or inner ring) provided in the rolling bearing in a state of facing the tone wheel.
[0005]
As the operation, a pulse signal is output from the magnetic sensor in accordance with the rotation of the tone wheel that rotates in synchronization with the rotating body. By processing this pulse signal, the rotational speed and direction of the rotating body are controlled. The rotation state is recognized.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 6-47867 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-174069
[Problems to be solved by the invention]
In the active type rotation detector, in order to further improve the detection accuracy, the pitch of each of the magnetic poles of the tone wheel may be reduced, but it is pointed out that there is a limit to reducing this pitch.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The rolling bearing device of the present invention is a rolling bearing device in which a large number of rolling elements are interposed between an inner ring and an outer ring, and an input excitation voltage is induced according to a relative rotational state of the inner ring and the outer ring. A rotation detector that converts and outputs the voltage, a wireless transmitter that wirelessly transmits a signal output from the rotation detection to a signal processing unit provided outside, and generates a voltage as the inner ring or outer ring rotates And a generator for inputting the voltage as an input excitation voltage to the rotation detector, wherein the wireless transmitter and the generator are integrally attached to a bracket attached to the bearing device, and the rotation detection The detector is provided integrally with one of the inner diameter side of the outer ring and the outer diameter side of the inner ring and has pole teeth at several circumferential positions, and each pole tooth of the detection stator. Excitation winding that is appropriately wound And a rotor for detection, which is integrally provided on the other of the inner diameter side of the outer ring and the outer diameter side of the inner ring, and changes the gap permeance between the pole teeth of the detection stator as it rotates. And a VR (variable reluctance) type brushless resolver, wherein the outer ring is provided with a radially outward flange for fixing to the vehicle body, and two raceway grooves are provided on the inner peripheral surface of the outer ring. And a hub shaft is rotatably inserted in the inner periphery of the outer ring, and a radially outward flange for mounting a wheel or a disk rotor is provided on the hub shaft. The inner ring member fitted to the outer peripheral surface of the hub shaft has a pair of raceway surfaces with respect to one of the two raceway grooves provided on the outer raceway of the outer ring. And a pair The inner ring is constituted by the inner ring member and the hub shaft, and the rolling elements are respectively provided between the two race grooves of the outer ring, the raceway surface of the hub shaft and the raceway groove of the inner ring member. The detection stator is disposed with respect to a region between the outer ring raceway grooves in the two rows, and is used as the detection rotor in a region radially opposed to the detection stator. A seal cover provided with a flat portion, the outer peripheral surface of the hub shaft having a different diameter by the flat portion, and the wireless transmitter being fitted and fixed to the inner peripheral surface of the vehicle inner side end portion of the outer ring The cylindrical portion is attached to a circumferential predetermined region on the circumferential surface, and the generator is disposed inside the seal cover.
[0009]
In this case, the rotation detector outputs an induced voltage having a substantially constant amplitude even when the inner ring and the outer ring, which are the rotating bodies, are in a non-rotating state. Since an induced voltage whose amplitude changes steplessly according to the rotation state of the body is output, the rotation state of the rotation body can be grasped in detail and with higher accuracy than in the conventional example. In addition, since the detection signal from the rotation detector is transmitted to the outside wirelessly, a signal line for connecting the rotation detector and the external signal processing unit becomes unnecessary, and the rotation detector and the external signal processing unit are temporarily assumed. Inadvertent accidents such as disconnection of the signal line as in the case of connecting the two with a signal line can be avoided.
[0010]
In addition, the said wireless transmitter should just use the signal which transmits space, such as what performs transmission by light, such as an electromagnetic wave, infrared rays, or transmission by an ultrasonic wave, and what transmits by magnetic coupling.
[0011]
By providing the generator, it is not necessary to provide a separate excitation voltage input means for the rotation detector outside the rolling bearing device, and electrical connection between the rotation detector and the generator can be easily performed. .
[0012]
Further, in the rolling bearing device, the generator supplies a driving voltage to the wireless transmitter, so that it is not necessary to separately provide voltage supply means for the wireless transmitter outside the rolling bearing device. Rotation detection and electrical connection between the wireless transmitter and the generator can be easily performed.
[0014]
Note that the term “integrally” is used to include both a unit in which two members are coupled and fixed and a unit in which two members are combined.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 3 show Embodiment 1 of the present invention. The illustrated rolling bearing device 1 includes an inner ring 2, an outer ring 3, a plurality of balls 4, and a cage ring 5.
[0016]
Here, the inner ring 2 is a rotating body by being fitted to the outer periphery of a rotating shaft (not shown). The outer ring 3 is a non-rotating body by being fitted in a hole such as a housing (not shown), and is arranged concentrically with respect to the outer periphery of the inner ring 2. The balls 4 are accommodated in a plurality of pockets provided in the cage ring 5 so as to be interposed in the annular space between the inner and outer rings 2 and 3 at equal intervals around the circumference.
[0017]
In this embodiment, a brushless resolver 10 as a rotation detector, a wireless transmitter 20, and an AC generator 30 are incorporated in the rolling bearing device 1.
[0018]
The brushless resolver 10 detects the rotation state (rotation angle, rotation speed, rotation direction, etc.) of the inner ring 2, and is a known VR (variable reluctance) type here. The brushless resolver 10 uses the inner ring 2 as a detection rotor, and includes a detection stator 12, an excitation winding 13, a first output winding 14, and a second output winding 15. In this embodiment, the brushless resolver 10 is exemplified as one-phase excitation / 2-phase output.
[0019]
The inner ring 2 as the detection rotor is made of a magnetic material. The outer peripheral surface shoulder of the inner ring 2 is provided with a flat portion 2a in a predetermined angular region on the circumference, but the other outer peripheral surface is circular. Further, the shape of the outer peripheral surface shoulder of the inner ring 2 may be any shape that changes the gap permeance with the outer peripheral surface of each of the following pole teeth 12a with the rotation thereof. It may be oval or rice ball shape. Further, the detection rotor may be provided as a separate member without being shared by the inner ring 2.
[0020]
The detection stator 12 is made of a magnetic material, and is fitted and fixed to the shoulder portion of the inner peripheral surface of the outer ring 3 by press fitting or the like. The shape of the inner periphery of the detection stator 12 is formed in a comb shape. An excitation winding 13, a first output winding 14, and a second output winding 15 are appropriately wound around the pole teeth 12 a provided at several places on the circumference of the detection stator 12. The thin connecting portion 12b provided therebetween serves as a magnetic path. In the side view shown in FIG. 2, the number of pole teeth 12 a is eight, but in the schematic diagram shown in FIG. 3, the number of pole teeth 12 a is four for easy understanding. The minimum number of pole teeth 12a is two, which are shifted by 90 degrees in the circumferential direction. The diameter dimension of the inscribed circle of the pole teeth 12 a of the detection stator 12 is set slightly larger than the diameter dimension of the inner ring 2.
[0021]
The detection rotor and the detection stator 12 are preferably made of a magnetic material having a small magnetic resistance (reluctance) and a high magnetic saturation density, such as a soft magnetic material. Specifically, for example, there are magnetic materials containing iron as a main component, or magnetic materials containing nickel as a main component, and those made of laminated or single layer silicon rigid plates, permalloy (alloy of iron and nickel), ferrite There are various types such as soft ferrite ceramics. Needless to say, as the magnetic material of the detection rotor and the detection stator 12, a material having a smaller reluctance as described above is located between the detection rotor and the detection stator 12 accompanying the rotation of the detection rotor. A change in gap permeance appears clearly, and the generation accuracy of the induced voltage (rotation state detection voltage) of the winding accompanying the change is increased, which is preferable for improving the detection accuracy of the rotation state.
[0022]
By the way, the excitation winding 13 is wound in series around all the pole teeth 12 a of the stator 12. The first output winding 14 and the second output winding 15 are distributedly wound around each pole tooth 12a so that the induced voltage distribution is a sinusoidal distribution. When a sinusoidal excitation voltage is input to the excitation winding 13, the first output winding 14 and the second output winding 15 each have a two-phase AC voltage having a waveform that is 90 degrees out of phase with each other. A certain signal is output. For example, a sine wave signal (SIN signal) is output from the first output winding 14 with respect to the sine wave excitation input to the excitation winding 13, and a 90 degree phase from the sine wave signal is output from the second output winding 15. The shifted cosine wave signal (COS signal) is output.
[0023]
The wireless transmitter 20 wirelessly transmits a signal output from the brushless resolver 10 to a signal processing unit 40 provided outside. The wireless transmitter 20 performs transmission using radio waves, infrared rays, or ultrasonic waves. The signal processing unit 40 is a known R / D (resolver / digital) converter, DSP (digital signal processor), or the like, but a receiving unit for receiving a signal transmitted from the wireless transmitter 20. 41, and by performing known signal processing based on the signal received by the receiving unit 41, the rotation state (rotation direction, rotation angle, rotation speed, etc.) of the inner ring 2 is recognized. The wireless transmitter 20 may perform transmission by magnetic coupling. In this case, the wireless transmitter 20 is a transmission coil that is excited at an arbitrary frequency, and electromagnetic induction is performed on the signal processing unit 40. A receiving unit such as a receiving coil for generating a voltage may be provided.
[0024]
The AC generator 30 generates a sine wave voltage as the inner ring 2 rotates, applies the voltage to the brushless resolver 10 as an input excitation voltage, and supplies the voltage to the wireless transmitter 20 as a drive voltage. Is. Specifically, the AC generator 30 includes a power generation rotor 31 provided integrally on the inner ring 2 side and a power generation stator 32 provided integrally on the outer ring 3 side. The power generating rotor 31 is mounted with a bracket 33 attached to the outside of the brushless resolver 10 in the inner ring 2, an iron core 34 attached to the bracket 33, and an outer diameter side exposed to the iron core 34. And an annular magnet 35 having magnetic poles having different polarities alternately in the circumferential direction. The power generation stator 32 is wound with a bracket 36 attached to the outer side of the brushless resolver 10 in the outer ring 3, an iron core 37 attached to the bracket 36, and a state in which only the inner diameter side of the iron core 37 is exposed. And a power generation coil 38.
[0025]
The wireless transmitter 20 is integrally attached to the outer diameter side of the bracket 36 on the power generating stator 32 side.
[0026]
Next, the operation will be described. When the inner ring 2 rotates, the AC generator 30 generates a sine wave voltage, and the sine wave voltage generated by the AC generator 30 is applied to the excitation winding 13 of the brushless resolver 10 as a one-phase AC voltage (input excitation voltage). ) And also as a drive voltage for the wireless transmitter 20. On the other hand, with the rotation of the inner ring 2 as the detection rotor, the gap permeance between the outer peripheral surface of the inner ring 2 and the inner peripheral surface of each pole tooth 12a of the detection stator 12 of the brushless resolver 10 changes. Therefore, in response to this change, the SIN signal and COS signal whose amplitude changes steplessly are output from the first and second output windings 14 and 15 of the brushless resolver 10, and this signal is transmitted through the wireless transmitter 20. The data is input to the receiving unit 41 of the processing unit 40. The signal processing unit 40 recognizes the rotation state (rotation direction, rotation angle, rotation speed, etc.) of the inner ring 2 based on the signal received by the reception unit 41.
[0027]
As described above, in the rolling bearing device 1, the rotation state of the inner ring 2 can be detected with higher accuracy than the conventional active type rotation detector. Further, since the detection rotor of the brushless resolver 10 is shared by the inner ring 2 described above, the configuration can be simplified and the cost can be reduced. In addition, since the inner peripheral surface of the outer ring 3 is dimensionally adjusted with high accuracy by polishing or the like, the mounting accuracy of the brushless resolver 10 is improved, and the detection accuracy of the brushless resolver 10 is also improved.
[0028]
Further, the brushless resolver 10 is integrally combined with the rolling bearing device 1 to provide the following advantages. In other words, the brushless resolver 10 may not perform sufficiently if the positional accuracy (axial runout, axial movement amount, etc.) between the rotor and the stator is low, but the radial direction of the inner ring and outer ring of the rolling bearing device 1 and Since the relative positional accuracy in the axial direction is managed with high accuracy, when the rotor and stator are attached to or integrated with the inner ring and the outer ring as in the present invention, the original performance of the resolver can be easily demonstrated. The detection accuracy of the rotation state can be improved. As an example, in a general resolver, the allowable value of radial runout accuracy (axial runout accuracy) of the rotor and stator is 50 μm or less, and the allowable axial movement amount of the rotor and stator is ± 250 μm or less. In the deep groove type ball bearing as in the embodiment of FIG. 1, for example, when the accuracy grade is a normal grade and the nominal size of the inner ring inner diameter d is 10 mm to 80 mm, the radial runout accuracy (radial internal clearance) is about 3 μm. The allowable displacement in the axial direction (axial internal clearance) is approximately 0 to 220 μm, which sufficiently satisfies the tolerance for mounting the resolver. This value is the accuracy of the rolling bearing alone, and when the rolling bearing is incorporated between the housing and the shaft, the internal clearance is further reduced, so that the accuracy is further improved.
[0029]
Further, since the radio transmitter 20 is incorporated in the rolling bearing device 1, the brushless resolver 10 provided in the rolling bearing device 1 and the signal processing unit 40 provided outside the rolling bearing device 1 need to be connected by a signal line. In addition to reducing the equipment cost, it is possible to avoid an accidental accident such as disconnection of the signal line as in the case where the brushless resolver 10 and the external signal processing unit 40 are connected by a signal line.
[0030]
In addition, since the AC generator 30 is incorporated in the rolling bearing device 1, it is not necessary to separately provide an excitation voltage input means for the brushless resolver 10 outside the rolling bearing device 1, and the equipment cost can be reduced.
[0031]
In addition, since the brushless resolver 10, the wireless transmitter 20, and the AC generator 30 are disposed close to each other, the brushless resolver 10, the wireless transmitter 20, and the brushless resolver 10, the wireless transmitter 20, and the generator 30 are arranged. The trouble of electrically connecting each of them can be simplified, and the equipment cost can be reduced.
[0032]
In the following, various applications and modifications of the present invention will be described.
[0033]
(1) Although the rolling bearing device 1 shown in the above embodiment is configured with balls as rolling elements in a single row, it may be in a double row. Also, the bearing type of the rolling bearing device 1 may be any of various ball bearings, roller bearings, tapered roller bearings, and the like.
[0034]
(2) FIG. 4 shows Embodiment 2 of the present invention. The rolling bearing device 50 here has a double-row ball bearing structure, and includes an outer ring 51, a hub shaft 52, an inner ring 53, a double-row ball 54, and two cage rings 55 and 56. ing. The outer ring 51 is provided with a radially outward flange 51a for fixing to a vehicle body (not shown) and the like, and two track grooves are provided on the inner peripheral surface. The hub shaft 52 is rotatably inserted in the inner periphery of the outer ring 51, is provided with a radially outward flange 52 a for attaching a wheel or a disk rotor (not shown), and the first of the outer ring 51. A pair of raceway surfaces are provided for the raceway grooves. The inner ring 53 is fitted to the outer peripheral surface of the hub axle 52 and has a pair of raceway grooves on the outer circumference with respect to the second raceway groove of the outer ring 51. The balls 54 are interposed in two rows between the two raceway grooves of the outer ring 51, the raceway surface of the hub shaft 52, and the raceway groove of the inner ring 53. In addition, the brushless resolver 10, the wireless transmitter 20, and the AC generator 30 that are substantially the same as the configuration described in the first embodiment are incorporated in such a rolling bearing device 50. Here, the brushless resolver 10 is disposed with respect to the region between the two raceway grooves on the inner peripheral surface of the outer ring 51, and the wireless transmitter 20 is the inner peripheral surface of the inner side end portion of the outer ring 51. The seal generator 57 is attached to a predetermined circumferential area on the outer peripheral surface of the cylindrical portion of the seal cover 57 that is fitted and fixed to the seal cover 57, and the AC generator 30 is disposed inside the seal cover 57. Specifically, the detection stator 12 of the brushless resolver 10 is attached to the axially intermediate region on the inner peripheral surface of the outer ring 51, and the detection rotor of the brushless resolver 10 is also used as the hub shaft 52. That is, a flat portion 52a is provided in a region facing the detection stator 12 in the radial direction on the outer peripheral surface of the hub shaft 52, and the hub shaft 52 whose outer peripheral surface has a different diameter by the flat portion 52a. It is used as a detection rotor. Further, the power generation stator 32 of the AC generator 30 is fitted and fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical portion of the seal cover 57 via a nonmagnetic member 59, and the power generation rotor 31 of the AC generator 30 is a hub. The inner ring 53 is fixed to the outer periphery of a hex nut 58 for connecting the inner ring 53 to the hub shaft 52 on the vehicle inner side of the shaft 52. Also in the second embodiment, the operations of the brushless resolver 10, the wireless transmitter 20, and the AC generator 30 are basically the same as those of the first embodiment. In the second embodiment, as in the first embodiment, the relative position between the rotor of the brushless resolver 10 and the stator can be maintained with high accuracy. Since Embodiment 2 is an oblique contact type double row ball bearing (angular double row ball bearing), it is normally used until a preload is applied to a negative clearance. For this reason, the amount of movement is “0” in both the radial direction and the axial direction, sufficiently satisfying the allowable mounting accuracy of the resolver, and the detection accuracy of the rotation state of the brushless resolver 10 is improved. Also, in other types of rolling bearings such as a tapered roller bearing and a cylindrical roller bearing, the accuracy in the radial direction and the axial direction is managed with high accuracy, so that the detection accuracy of the rotational state of the brushless resolver 10 is improved.
[0035]
(3) The arrangement relationship between the detection stator 12 and the detection rotor provided in the brushless resolver 10 is opposite to that described in the above embodiments, with the detection stator 12 on the inner diameter side and the rotor on the outer diameter side. It can also be arranged. For example, as the rolling bearing device 1, although not shown, there is a case where the outer ring 3 is rotated to make the inner ring 2 non-rotated. In this case, the brushless resolver 10 is not moved relative to the outer ring 3 serving as a rotating body. The detection rotor may be attached integrally, and the detection stator 12 of the brushless resolver 10 may be attached to the inner ring 2 that is a non-rotating body.
[0036]
(4) Although the VR type brushless resolver has been described as an example of the rotation detector in the above embodiment, other types of brushless resolvers and brushless synchros can be used.
[0037]
(5) In each of the above embodiments, the rolling bearing devices 1 and 50 that are not equipped with the AC generator 30 are also included in the present invention. In this case, it is necessary to provide an excitation voltage input means outside the rolling bearing device 1, but if the excitation voltage is applied to the brushless resolver 10 from the outside in this way, the inner ring 2 is stopped. The state can be detected. That is, when the inner ring 2 is stopped, the gap permeance between the outer peripheral surface of the inner ring 2 and the inner peripheral surface of each pole tooth 12a of the detection stator 12 does not change. A SIN signal and a COS signal having substantially constant amplitude are output from the output windings 14 and 15, respectively. Since this signal is input to the receiving unit 41 of the signal processing unit 40 in the same manner as described above, the signal processing unit 40 may recognize the rotation stop state of the inner ring 2.
[0038]
【The invention's effect】
The rolling bearing device of the present invention can recognize the rotation state (stop position, rotation direction, rotation angle, rotation speed, etc.) of the rotating body in more detail and with higher accuracy than the conventional active type rotation detector. Can contribute to the improvement of reliability.
[0039]
Further, since the signal transmission from the rotation detector to the signal processing unit arranged outside the rolling bearing device is wirelessly transmitted by a wireless transmitter, the rotation detector and the signal processing unit are connected to each other. No signal line is required, reducing the equipment cost and increasing the degree of freedom of arrangement of the signal processing unit.
[0040]
In addition, by providing a rolling bearing device with a rotation detector and a wireless transmitter, it is possible to simplify the labor of electrically connecting them and reduce the equipment cost. Inadvertent accidents such as disconnection of the signal line as in the case of connecting the two with a signal line can be avoided.
[Brief description of the drawings]
1 is a cross-sectional view of a rolling bearing device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line (2)-(2) of FIG. 1. FIG. 3 is a configuration of the rolling bearing device of FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of a rolling bearing device according to Embodiment 2 of the present invention.
1 Rolling bearing device 2 Inner ring (resolver detection rotor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Outer ring 4 Ball 10 Brushless resolver 12 Resolver detection stator 13 Excitation winding 14 First output winding 15 Second output winding 20 Wireless transmitter 30 Alternator 40 Signal processor 41 Receiver

Claims

A rolling bearing device in which a large number of rolling elements are interposed between an inner ring and an outer ring, and the input excitation voltage is converted into an induced voltage corresponding to the relative rotational state of the inner ring and the outer ring and output. A detector, a wireless transmitter that wirelessly transmits a signal output from the rotation detection to a signal processing unit provided outside, and a voltage is generated as the inner ring or the outer ring rotates, and the voltage is detected by the rotation detection A generator for inputting as an input excitation voltage to the generator,
The wireless transmitter and the generator are integrally attached to a bracket attached to the bearing device ,
The rotation detector includes a detection stator provided integrally with one of the inner diameter side of the outer ring and the outer diameter side of the inner ring and having pole teeth at several circumferential positions, and each pole tooth of the detection stator. An excitation winding and an output winding that are appropriately wound with respect to each other, and each pole tooth of the detection stator provided integrally with the other of the inner diameter side of the outer ring and the outer diameter side of the inner ring and rotating A brushless resolver of a VR (variable reluctance) type including a rotor for detection that changes gap permeance between
The outer ring is provided with a radially outward flange for fixing to the vehicle body, two track grooves are provided on the inner peripheral surface of the outer ring, and a hub shaft is rotatably inserted into the inner periphery of the outer ring. The hub shaft is provided with a radially outward flange for mounting a wheel or a disk rotor, and the hub shaft is connected to one of the two track grooves provided on the outer ring. The inner ring member having a pair of raceway surfaces and fitted to the outer peripheral surface of the hub axle has a pair of raceway grooves with respect to the other raceway groove of the outer ring, and the inner ring member and the hub The inner ring is constituted by a shaft, the rolling elements are interposed between the two race grooves of the outer ring, the race surface of the hub axle and the race groove of the inner ring member, and the detection stator is Arranged in the region between the outer ring raceway grooves in the two rows A flat portion used as the detection rotor is provided in a region facing the detection stator in the radial direction, and the outer peripheral surface of the hub shaft has a different diameter by the flat portion. The machine is attached to a cylindrical predetermined portion of the cylindrical portion of the seal cover fitted and fixed to the inner peripheral surface of the vehicle inner side end portion of the outer ring, and the generator is installed inside the seal cover. A rolling bearing device arranged against the rolling bearing device.

The rolling bearing device according to claim 1, wherein the generator supplies a driving voltage to the wireless transmitter.