KR100860642B1 - 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치 및 하중측정용롤링베어링 유닛 - Google Patents

롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치 및 하중측정용롤링베어링 유닛 Download PDF

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Abstract

롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도(nca, ncb)는 한 쌍의 선회속도 센서(21a, 21b)에 의해 감지된다. 또한, 허브(2)의 회전속도(ni)는 회전속도 센서(15b)에 의해 감지된다. 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도의 합("nca+ncb") 또는 차("nca-ncb")는 선회속도 센서(21a, 21b)의 감지신호에 근거하여 계산되고, 이후 회전속도(ni)에 대한 이 합 및 차의 비("ncb+nca/ni" 또는 "ncb-nca/ni")가 계산된다. 이후, 반경방향 하중 또는 축방향 하중은 그 비("ncb+nca/ni" 또는 "ncb-nca/ni")에 근거하여 계산된다.
롤링 엘리먼트, 선회속도, 하중측정장치, 회전속도

Description

롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치 및 하중측정용 롤링베어링 유닛{LOAD MEASURING DEVICE FOR ROLLING BEARING UNIT AND LOAD MEASURING ROLLING BEARING UNIT}
본 발명은 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치 및 하중측정용 롤링베어링 유닛, 예를 들어 자동차, 철도차량, 다양한 운송차량 등과 같은 이동물체의 바퀴를 지지하는데 사용되는 롤링베어링 유닛에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 롤링베어링 유닛에 적용되는 반경방향 하중 및 축방향 하중 중 하나 이상을 측정하여 이동물체의 주행안정성을 확보할 수 있는, 롤링베어링 유닛의 하중측정장치 및 하중측정용 롤링베어링 유닛에 관한 것이다.
롤링베어링 유닛은 서스펜션 시스템을 구비한 자동차의 바퀴를 회전 가능하게 지지하는데 사용된다. 또한, 안티록 브레이크 시스템(ABS), 트랙션 컨트롤 시스템(TCS) 등과 같은 다양한 차량 자세 안정화시스템을 제어하기 위해서 바퀴의 회전속도를 감지해야만 한다. 결과적으로, 최근에는 서스펜션을 구비한 바퀴를 회전 가능하게 지지할 뿐 아니라 바퀴의 회전속도를 감지하는 것이 회전속도 검출장치를 장착한 롤링베어링 유닛에 의해 수행되고, 회전속도 검출장치는 롤링베어링 유닛에 병합된다.
이러한 목적을 위해 사용하는 회전속도 검출장치를 장착한 롤링베어링 유닛으로서, JP-A-2001-21577에 제안된 구조와 같은 많은 구조가 공지되어 있다. ABS 또는 TCS는 회전속도 검출장치를 장착한 롤링베어링 유닛에 의해 감지되는 바퀴의 회전속도를 나타내는 신호를 제어부에 공급함으로써 적절히 제어될 수 있다. 이 방식에서, 제동시 또는 가속시 차량의 주행자세 안정성은 회전속도 감지장치를 장착한 롤링베어링 유닛에 의해 보장될 수 있고, 그럼에도 불구하고 브레이크와 엔진은 보다 엄격한 조건으로 안정성을 보장하기 위해서 차량의 주행안정성에 영향을 끼치는 모든 정보에 근거하여 제어되어야 한다. 대조적으로, 회전속도 검출장치를 장착한 롤링베어링 유닛을 이용하는 ABS 또는 TCS의 경우, 브레이크와 엔진은 타이어와 도로면 사이의 미끄럼을 감지함으로써 제어되고, 다시 말해서 소위 피드백 제어가 수행된다. 이러한 이유로, 브레이크와 엔진의 제어가 당연히 지연되기 때문에, 이러한 지연이 단지 순간적일지라도, 이러한 제어를 향상시키는 것이 엄격한 조건에서의 성능향상 관점에서 바람직하다. 다시 말해서, 관련기술에 따른 구조의 경우, 소위 피드포워드 제어는 타이어와 도로면 사이의 미끄럼 발생을 방지할 수도 없고 브레이크의 소위 한쪽으로 치우친 작동, 즉 제동력이 좌우 바퀴에서 심각하게 다른 경우를 방지할 수도 없다. 또한, 이러한 제어는 트럭 등의 주행안정성이 부적절한 운반상태로 인해 악화되는 경우를 방지할 수 없다.
이러한 배경을 바탕으로, 도 37에 도시된 하중측정장치를 장착한 롤링베어링 유닛이 JP-A-2001-21577에 개시되어 있다. 이 관련기술의 하중측정장치를 장착한 롤링베어링 유닛에서, 허브(2)는 외부 링(1)의 내경측부에 끼워맞춤된다. 이 허브 (2)는 바퀴를 결합/고정시키고 회전 링 또한 내부-링 등가부재로 동작한다. 이러한 외부 링(1)은 서스펜션 시스템에 지지되고 고정 링 또한 외부-링 등가부재로서 동작한다. 이 허브(2)는 외측단부(자동차에 끼워맞춤된 상태에서 폭방향 외측에 위치한 단부)에 회전측 플랜지(3)를 구비한 허브 본체(4)와 허브 본체(4)의 내측단부(자동차에 끼워맞춤된 상태에서 폭방향 중앙측에 위치한 단부)에 끼워맞춤되고 너트(5)로 고정된 내부 링(6)을 포함한다. 이후, 다수의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)는 2열 외부 링 이동경로(7, 7)와 2열 내부 링 이동경로(8, 8) 사이에 각각 정렬된다. 2열 외부 링 이동경로(7, 7)는 외부 링(1)의 내주면에 형성되어 고정측 이동경로로 각각 동작한다. 2열 내부 링 이동경로(8, 8)는 허브(2)의 외주면에 형성되어 각각 회전측 이동경로로 기능하여, 허브(2)가 외부 링(1)의 내경 표면에서 회전할 수 있게 한다.
지름 방향으로 외부 링(1)을 관통하는 끼워맞춤 구멍(10)은 2열 외부 링 이동경로(7, 7) 사이에서 외부 링(1)의 축방향 중심, 및 외부 링(1)의 거의 수직방향 상단부에 형성된다. 이후, 하중측정센서로 기능하는 원형 지렛대 형상(봉 형상) 변위 센서(11)가 끼워맞춤 구멍(10)에 끼워맞춤된다. 이 변위 센서(11)는 비접촉 방식이고, 그 상단 표면(하단 표면)에 제공된 감지면은 축방향으로 허브(2)의 중심에 끼워맞춤된 센서 링(12)의 외주면에 밀접하게 대향된다. 감지면과 센서 링(12)의 외주면 사이의 거리가 변경될 때 변위 센서(11)는 먼 곳에서 변화량에 대한 신호를 출력한다.
본 관련기술에서 상술한 것처럼 구성되는 하중측정장치를 장착한 롤링베어링 유닛의 경우, 롤링베어링 유닛에 가해지는 하중은 변위 센서(11)의 감지신호에 근거하여 측정될 수 있다. 다시 말해서, 자동차의 서스펜션 시스템에 지지되는 외부 링(1)은 자동차의 하중에 의해 하방으로 밀리고, 반면 바퀴를 지지/고정하는 허브(2)는 여전히 그 위치를 그대로 유지하려는 경향이 있다. 그러므로, 외부 링(1)의 상단부에 제공된 외부 링(1)의 중심과 허브(2)의 중심 사이의 변위와 센서(12)의 외주면은 무게가 점점 증가할수록 감소된다. 따라서, 변위 센서(11)의 감지신호가 제어부에 공급된다면, 변위 센서(11)를 장착한 롤링베어링 유닛에 가해진 하중은 실험 등에 의해 미리 유도된 관계식, 맵 등에 근거하여 계산될 수 있다. 이러한 방식으로 유도된 롤링베어링 유닛에 가해진 하중에 근거하여, ABS가 적절히 제어될 수 있고 부적절한 운반상태가 운전자에게 통지될 수 있다.
이 경우, 도 37에 도시된 관련기술 구조는 롤링베어링 유닛에 가해진 반경방향 하중과 함께 허브(2)의 회전속도를 감지하는 것을 가능하게 한다. 이러한 목적을 위해서, 회전속도 인코더(13)는 내부 링(6)의 내측단부에 끼워맞춤/고정되고, 또한 회전속도 센서(15)는 외부 링(1)의 내측단 개구부에 놓여진 커버(14)에 고정된다. 이후, 회전속도 센서(15)의 감지부는 감지 간극을 통해서 회전속도 인코더(13)의 감지된 부분과 마주보게 된다.
상술한 회전속도 측정장치를 장착한 롤링베어링 유닛을 동작시킬 때, 회전속도 센서(15)의 출력은 바퀴가 고정되는 허브(2)와 함께 회전속도 인코더(13)가 회전될 때 변경되고, 이후 회전속도 인코더(13)의 감지된 부분은 회전속도 센서(15)의 감지된 부분 근처를 통과한다. 이러한 방식에서, 회전속도 센서(15)의 출력의 빈도는 바퀴의 회전수에 비례한다. 그러므로, 회전속도 센서(15)의 출력신호를 차체 측에 제공된 제어부(미도시)에 공급한다면, ABS 또는 TCS는 적절하게 제어될 수 있다.
상술한 JP-A-2001-21577에 제시된 관련기술의 구조는 롤링베어링 유닛에 가해진 반경방향 하중을 측정하지만, 반면 JP-A-209016에서는 바퀴를 통해 롤링베어링 유닛에 가해지는 축방향 하중의 양을 측정하기 위한 구조가 제시된다. JP-A-3-209016에 제시된 관련기술 구조의 경우, 도 38에 도시된 것처럼, 바퀴를 지지하는데 사용되는 회전측 플랜지(3)가 회전 링 및 내부 링 등가부재로서 기능하는 허브(2a)의 외측단부의 외주면에 제공된다. 또한, 회전측 이동경로에 대응하는 2열 내부 링 이동경로(8, 8)는 허브(2a)의 중앙부 또는 내측단부의 외주면에 형성된다.
반면, 외부 링(1)을 서스펜션 시스템을 구성하는 너클(16)에 지지/고정시키는 고정측 플랜지(17)는 허브(2a)와 동일한 중심을 갖도록 허브(2a) 주변에 배치되고 고정 링 및 외부 링 등가부재로서 기능하는 외부 링(1)의 외주면에 고정된다. 또한, 고정측 이동경로에 각각 대응하는 2열 외부 링 이동경로(7, 7)는 외부 링(1)의 내주면에 형성된다. 이후, 다수의 회전 엘리먼트(볼)(9a, 9b)는 외부 링 이동경로(7, 7)와 내부 링 이동경로(8, 8) 사이에 각각 회전 가능하게 제공되고, 그로 인해 허브(2a)는 외부 링(1)의 내경측에 회전 가능하게 지지된다.
또한, 하중 센서(20)는 볼트(18)가 고정측 플랜지(17)를 너클(16)에 결합하기 위해 나사결합되는 나사구멍(19)을 둘러싸도록 고정측 플랜지(17)의 내측 표면의 다수 위치에 각각 부착된다. 외부 링(1)이 너클(16)에 지지/고정된 상태에서, 이 하중 센서(20)는 너클(16)의 외부 표면과 고정측 플랜지(17)의 내부 표면 사이에 고정된다.
관련기술에 공지된 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치의 경우, 축방향 하중이 바퀴(미도시)와 너클(16) 사이에 가해지는 경우, 너클(16)의 외부 표면 및 고정측 플랜지(17)의 내부 표면은 양 표면으로부터 각 하중 센서(20)를 향하여 축방향으로 가압된다. 그러므로, 바퀴와 너클(16) 사이에 가해진 축방향 하중은 이러한 하중 센서(20)의 측정값을 합하여 감지될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, JP-B-62-3365에는 일부가 낮은 강도를 갖는 외부 링 등가부재의 진동수에 근거하여 롤링 엘리먼트의 회전수를 계산하고, 이후 롤링베어링 유닛에 가해진 축방향 하중을 측정하는 방법이 개시되어 있다.
상술한 것과 같은 롤링베어링에 가해진 하중(반경방향 하중 또는 축방향 하중)을 측정하는 구조로부터, 도 37에 도시된 제1 관련기술 구조의 경우, 롤링베어링 유닛에 가해진 하중은 변위 센서(11)에 의해 외부 링(1)과 허브(2)의 반경방향 변위를 감지함으로써 측정되었다. 이 경우, 반경방향 변위량이 미소하기 때문에, 이 하중을 높은 정밀도로 측정하기 위해서는 고정밀 센서가 변위 센서(11)로 사용되어야 한다. 고정밀 비접촉식 센서는 비싸기 때문에, 하중측정장치를 장착한 롤링베어링 유닛의 가격은 전반적으로 증가할 수밖에 없다.
또한, 도 38에 도시된 제2 관련기술 구조와 같은 축방향 하중 측정구조의 경우, 하중 센서(20)는 외부 링(1)을 지지/고정하는데 사용되는 볼트(18)의 수만큼 너클(16)에 제공되어야 한다. 이러한 이유로, 하중 센서(20) 자체가 비싸다는 점 과 함께, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치의 전반적인 가격이 상당히 증가하는 것이 불가피하다. 또한, 상술한 JP-B-62-3365에 개시된 방법에서, 외부 링 등가부재의 강도가 낮고, 따라서 외부 링 등가부재의 내구성을 보장하는 것이 어렵게 될 수 있다.
본 발명의 목적은 내구력을 가지고 어려움 없이 낮은 비용으로 구성될 수 있고, 또한 제어에 필요한 정밀도를 보장하면서 바퀴에 가해지는 반경방향 하중 및 축방향 하중 중 하나 또는 모두를 측정할 수 있는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치 및 하중측정용 롤링베어링 유닛을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 롤링베어링 유닛에 제공된 센서의 출력신호만을 이용하여 롤링베어링 유닛에 가해지는 축방향 하중을 정밀하게 감지할 수 있는 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따른 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치는, 2열의 이동경로를 갖는 고정 링; 상기 고정 링과 동일한 중심을 갖도록 배열되고, 상기 고정 링의 이동경로를 마주보도록 각각 형성되는 2열의 이동경로를 갖는 회전 링; 상기 고정 링과 상기 회전 링의 이동경로 사이에 회전 가능하게 제공되고, 그 접촉각이 서로 마주보는 상기 고정 링과 상기 회전 링에 형성된 한 쌍의 이동경로와 서로 마주보는 상기 고정 링과 상기 회전 링에 형성된 다른 쌍의 이동경로 사이에 서로 반대 방향을 향하는 다수의 롤링 엘리먼트; 2열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도를 감지하기 위한 한 쌍의 선회속도 센서; 및 상기 선회속도 센서로부터 공급된 감지신호에 근거하여 상기 고정 링과 상기 회전 링 사이에 가해진 하중을 계산하는 계산기를 포함한다.
본 발명의 제2 양태에 따른 하중 측정용 롤링베어링 유닛은, 2열의 이동경로를 갖는 고정 링; 상기 고정 링과 동일한 중심을 갖도록 배열되고, 상기 고정 링의 이동경로와 마주뵤도록 각각 형성된 2열의 이동경로를 갖는 회전 링; 상기 고정 링 및 상기 회전 링의 이동경로 사이에 회전 가능하게 제공되고, 그 접촉각이 서로 마주보는 상기 고정 링과 상기 회전 링에 형성된 한 쌍의 이동경로 및 서로 마주보는 상기 고정 링과 상기 회전 링에 형성된 다른 쌍의 이동경로 사이에 서로 반대 방향을 항하도록 형성된 다수의 롤링 엘리먼트; 및 상기 2열의 롤링 엘리먼트의 선회속도를 감지하기 위한 한 쌍의 선회속도 센서를 포함한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치 및 하중 측정용 롤링베어링 유닛은 접촉각의 방향이 서로 다른 한 쌍의 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도를 각각 감지함으로써 롤링베어링 유닛에 가해진 하중(반경방향 하중 및/또는 축방향 하중)을 측정할 수 있다. 다시 말해서, 반경방향 하중이 2열 앵귤러 컨택트 볼 베어링과 같은 롤링베어링 유닛에 가해질 때, 롤링 엘리먼트(볼)의 접촉각이 변한다. 롤링베어링 분야에서 잘 알려진 것처럼, 롤링 엘리먼트의 선회속도는 접촉각이 변할 때 변경된다.
반면, 축방향 하중이 롤링베어링 유닛에 가해질 때, 축방향 하중을 지지하는 측면에 위치한 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도는 감속되고, 반면 반대측에 위치한 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도는 외부 링 등가부재가 회전 링인 경우 감속된다. 반대로, 내부 링 등가부재가 회전 링인 경우, 축방향 부재를 지지하는 측면에 위치한 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도는 가속되고, 반면 반대측에 위치한 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도는 감속된다. 동시에, 각 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도는 반경방향 하중에 따라서 변한다. 그러므로, 롤링베어링 유닛에 가해진 반경방향 하중은 2열의 롤링 엘리먼트의 선회속도 변화를 측정함으로써 검출될 수 있다.
특히, 본 발명의 경우, 접촉각 방향이 서로 다른 한 쌍의 롤링 엘리먼트의 선회속도가 감지되기 때문에, 반경방향 하중의 측정정밀도는 축방향 하중의 영향을 제거함으로써 향상될 수 있다. 다시 말해서, 축방향 하중이 가해질 때, 한 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도와 다른 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도는 서로 반대 방향으로 변한다(하나는 증가하고 다른 하나는 감소한다). 그러므로, 반경방향 하중의 측정값에 대한 축방향 하중의 영향은 두 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도를 더하거나 곱함으로써 작게 억제될 수 있다.
상술한 설명은 롤링베어링 유닛에 가해진 반경방향 하중이 검출되는 경우에 대해 언급했지만, 축방향 하중은 접촉각 방향이 서로 다른 한 쌍의 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도에 근거하여 검출된다. 다시 말해서, 접촉각은 축방향 하중이 증가할 때 축방향 하중을 지지하는 측면의 열에서 커지고, 반면 접촉각은 축방향 하중이 커질 때 반대 측면의 열에서 작아진다. 이후, 외부 링 등가부재가 회전 링인 경우, 축방향 하중을 지지하는 측면에 위치한 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도가 감속되고, 반면 반대 측면에 위치한 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도가 가속된다. 반대로, 내부 링 등가부재가 회전 링인 경우, 축방향 부재를 지지하는 측면에 위치한 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도는 감속되고, 반면 반대 측면에 위치한 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도는 감속된다. 그러므로, 롤링베어링 유닛에 가해지는 축방향 하중은 2열의 롤링 엘리먼트의 선회속도 변화를 측정함으로써 검출될 수 있다.
특히, 본 발명의 경우, 접촉각 방향이 서로 다른 한 쌍의 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도가 감지되기 때문에, 축방향 하중의 측정정밀도는 예비하중 및 반경방향 하중의 영향을 제거함으로써 향상될 수 있다. 다시 말해서, 예비하중은 각 열의 롤링 엘리먼트에 균일하게 적용되고 반경방향 하중도 실질적으로 균일하게 적용된다. 그러므로, 각 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도에 대한 예비하중 및 반경방향 하중의 영향은 실질적으로 동일하다. 결과적으로, 축방향 하중이 각 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도의 비율 또는 차에 근거하여 감지된다면, 축방향 하중의 측정값에 대한 예비하중 및 반경방향 하중의 영향은 작게 억제될 수 있다.
이 경우, 회전 링의 회전속도가 항상 일정한 상태에서 롤링베어링 유닛이 사용되더라도, 각 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도를 감지하기 위한 선회속도 센서만이 하중을 계산하는데 사용되는 선회속도 센서를 위해 필요하다. 이와 대조적으로, 회전 링의 회전속도가 작동중에 변할 때, 축방향 하중 및 반경방향 하중은 회전속도 센서에 의해 감지된 회전 링의 회전속도 및 선회속도에 근거하여 측정될 수 있다. 이 경우, 회전속도에 대한 2열의 롤링 엘리먼트의 선회속도 차(합)의 비와 같은 속도비가 계산되고 이후 축방향 하중(반경방향 하중)이 상기 속도비에 근거하여 감지된다면, 축방향 하중(반경방향 하중)은 회전 링의 회전속도가 변하더라도 정확하게 측정될 수 있다.
또한, 검출할 하중이 반경방향 하중 또는 축방향 하중 또는 둘 모두이더라도, 관련 기술분야에서 ABS 또는 TCS의 제어신호를 얻기 위해 널리 사용되는 고가의 속도센서가 선회속도를 측정하는데 사용되는 선회속도 센서로 사용될 수 있다. 이러한 이유로 롤링베어링 유닛을 위한 전체 하중측정장치는 비싸게 구성될 수 있다.
그러므로, 하중측정장치가 상대적으로 저렴한 비용으로 구성될 수 있더라도, 이러한 하중측정장치는 제어를 위해 요구되는 정밀도를 유지하면서 바퀴 등의 회전 부재에 적용되는 반경방향 하중, 축방향 하중 등과 같은 하중을 측정할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 하중측정장치는 다양한 차량주행 안정화장치 또는 다양한 기계장비의 성능을 높이는데 기여할 수 있다.
또한, 본 발명을 구현할 때, 바람직하게 본 발명의 하중측정장치는 상기 회전 링의 회전속도를 감지하기 위한 회전속도 센서를 더 포함한다.
이러한 구성에 따라서, 회전 링의 회전속도가 작동중에 변하더라도, 반경방향 하중 및/또는 축방향 하중은 회전속도 센서 및 선회속도 센서에 의해 감지된 회전 링의 회전속도에 근거하여 정밀하게 측정될 수 있다.
또한, 본 발명을 구현할 때, 상기 한 쌍의 선회속도 센서와 상기 회전속도 센서 중 하나 이상은 자성물질로 제조된 요크 둘레에 코일을 감아 형성된 수동방식 자기센서일 수 있다.
다시 말하면, 롤링 엘리먼트의 선회와 함께 회전되는 선회속도 인코더 또는 회전 링과 함께 회전되는 회전속도 인코더의 자기 특성 변화에 따라서 출력이 변하는 자기 센서가 본 발명을 구현하는데 사용되는 선회속도 센서 및 회전속도 센서로 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 자기센서로서, 자성 변화에 따라서 특성이 변하는 Hall 엘리먼트, 자기저항 엘리먼트 등의 자기감지 엘리먼트가 병합된 능동방식 및 상술한 수동방식이 관련기술분야에 존재한다. 저속 회전으로부터의 출력 변화량을 보장할 수 있는 능동방식이 저속 회전의 회전속도 또는 선회속도를 정확히 측정한다는 관점에서 바람직하지만, 현재로서는 수동방식 센서보다 비싸다. 그러므로, 상대적으로 적은 비용의 수동방식이 저속회전의 속도 감지 신뢰도를 보장하는 것이 특별히 중요하지 않은 센서의 일부로 사용된다면, 롤링베어링 유닛을 위한 전체 하중측정시스템의 비용이 억제될 수 있다.
이 경우, 능동방식 센서가 사용되거나 수동방식 센서가 사용될 때, 영구자석이 구비된 센서와 자성화되지 않은 인코더(톤 휠)가 절감된 비용으로 공동으로 사용될 수 있다. 이러한 인코더로서, 철 등과 같은 자성물질로 제조된, 감지면이 관통구멍 또는 요철이 원주방향으로 동일한 간격으로 교대로 제공된 인코더가 사용될 수 있다. 또한, 이러한 인코더 대신에, 금으로 제조된 리테이너의 감지면에 원주방향으로 동일한 간격으로 요철이 교대로 제공된 인코더, 또는 합성수지로 제조된 리테이너의 감지면에 요철이 유사하게 제공되고 이후 자성물질이 울퉁불퉁한 표면에 도금된 인코더가 사용될 수 있다.
대안으로서, 한 쌍의 선회속도 센서 및 회전속도 센서 중 하나 이상의 센서가 리졸버일 수 있다.
리졸버가 센서로 사용된다면, 회전당 센서의 출력변경 횟수(펄스 수)는 능동방식 또는 수동방식 자기센서보다 더 높아질 수 있다. 결과적으로, 선회속도 또는 회전속도를 감지하는 책임이 향상될 수 있고(선회속도 또는 회전속도의 감지속도 조절이 실제 시간에 근접하게 설정될 수 있다), 따라서 차체의 주행안정성이 고정밀의 측정 하중에 근거하여 보장될 수 있다.
또한, 본 발명을 구현할 때, 바람직하게는 상기 한 쌍의 선회속도 센서와 상기 회전속도 센서는 상기 한 쌍의 선회속도 센서와 상기 회전속도 사이에 1열의 롤링 엘리먼트를 두도록 상기 고정 링의 축방향으로 간격을 두고 제공된다.
이러한 구성에 따르면, 한 쌍의 선회속도 센서 및 회전속도 센서 사이의 자기간섭은 작게 억제될 수 있고, 또한 선회속도 및 회전속도를 감지하는 신뢰도가 향상될 수 있다.
이 경우, 예를 들어, 한 쌍의 선회속도 센서는 상기 롤링 엘리먼트의 한 쌍의 열 사이에서 축방향으로 상기 고정 링의 중심부에 끼워맞춤되고, 상기 회전속도 센서는 축방향으로 상기 고정 링의 단부에 끼워맞춤된다.
이러한 구성에 따르면, 한 쌍의 선회속도 센서를 설치하기 위해 고정 링 내에 형성된 끼워맞춤 구멍의 내경은 작게 억제될 수 있고, 또한 고정 링의 강성 및 강도를 보장하는 것이 용이해질 수 있다.
또한, 본 발명을 구현할 때, 바람직하게는 상기 한 쌍의 선회속도 센서 및 상기 회전속도 센서는 상기 롤링 엘리먼트의 한 쌍의 열 사이에서 상기 고정 링에 고정된 단일 센서 유닛의 상단부에 끼워맞춤된다. 상기 회전속도 센서의 끼워맞춤 위치는 상기 고정 링의 지름방향으로 상기 선회속도 센서보다 회전 링 측으로 더 가깝게 벗어난다.
이러한 구성에 따르면, 한 쌍의 선회속도 센서 및 회전속도 센서 사이의 자기간섭은 작게 억제될 수 있고, 또한 선회속도 및 회전속도를 감지하는 신뢰도가 향상될 수 있다. 또한, 한 쌍의 선회속도 센서를 설치하기 위해 고정 링 내에 형성된 끼워맞춤 구멍의 내경은 작게 억제될 수 있고, 또한 고정 링의 강성 및 강도를 보장하는 것이 용이해질 수 있다.
또한, 본 발명을 구현할 때, 바람직하게는 상기 고정 링은 플러그를 연결하기 위한 커넥터를 포함하고, 상기 플러그는 각 센서의 감지신호를 꺼내기 위한 하니스(harness)의 단부에 제공된다.
이러한 구성에 따르면, 하니스는 서스펜션 시스템에 하중측정장치를 구성하는 각 센서가 장착된 롤링베어링 유닛을 끼워맞추고 이후 커넥터에 플러그를 연결함으로써 롤링베어링 유닛에 끼워맞춤된다. 결과적으로, 하니스는 롤링베어링 유닛을 서스펜션 시스템에 끼워맞추는데 방해가 되고, 따라서 끼워맞춤 동작은 쉬워질 수 있고 또한 절연층 파괴, 단선 등과 같은 문제가 발생하기 어려워질 수 있다. 또한, 하니스가 손상되더라도, 하니스와 플러그 교체만이 수리작업에 필요하고, 따라서 수리에 필요한 비용이 낮게 억제될 수 있다.
이러한 구성을 이용하는 경우, 바람직하게는 상기 단일 센서 유닛은 상기 각 센서를 고정하기 위한 센서 홀더를 구비하고, 상기 커넥터는 상기 센서 홀더와 일체형으로 제공된다.
이러한 구성에 따르면, 커넥터는 고정 링에 쉽게 끼워맞춤될 수 있다.
또한, 본 발명을 구현할 때, 예를 들어, 한 쌍의 선회속도 센서만이 제공되고 회전 링의 회전속도를 감지하기 위한 회전속도 센서는 제공되지 않는다. 이 경우, 회전 링의 회전속도에 근거하여 수행되는 ABS, TCS 등과 같은 제어는 선회속도 센서 중에서 하나 이상의 선회속도 센서의 감지신호에 근거하여 추정된 회전 링의 회전속도에 근거하여 수행된다.
이러한 구성에 따르면, 회전속도 센서를 배제함으로써 센서 자체의 비용 및 설치공간을 확보할 수 있고, 또한 신호를 전송하는 하니스의 개수를 줄임으로써 비용 및 설치공간을 확보할 수 있다.
이 경우, 예를 들어, 상기 한 쌍의 선회속도 센서의 감지신호에 근거하여 계산된 상기 2열의 롤링 엘리먼트의 선회속도의 평균값은 상기 회전 링의 회전속도의 추정값으로 사용된다.
이러한 구성에 따르면, 큰 축방향 하중이 가해지더라도, 회전 링의 회전속도는 ABS, TCS 등과 같은 제어를 위해 필요한 정밀도를 보장하면서 감지될 수 있다.
이 경우, 회전속도 센서가 이러한 방식으로 생략된다면, 축방향 하중이 한 열의 선회속도 및 다른 열의 선회속도의 비율에 근거하여 계산될 때, 예를 들어, 축방향 하중이 회전 링의 회전속도 변화에 관계없이 계산될 수 있기 때문에 선회속도 센서의 감지신호에 근거하여 회전 링의 회전속도를 추정할 필요가 없다.
이 경우, 본 발명을 구현할 때, 예를 들어, 상기 고정 링과 상기 회전 링 사이에 가해진 하중은 반경방향 하중이다.
이 경우, 예를 들어, 상기 계산기는 한 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도 및 다른 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도의 합에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 반경방향 하중을 계산한다.
이러한 구성에 따르면, 반경방향 하중은 만족할만한 뛰어난 정밀도로 계산될 수 있다.
대안으로서, 바람직하게는 본 발명의 하중측정장치는 상기 회전 링의 회전속도를 감지하기 위한 회전속도 센서를 더 포함한다. 이후, 상기 계산기는 상기 회전속도 센서로부터 공급된 감지신호와 상기 선회속도 센서로부터 공급된 감지신호에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 반경방향 하중을 계산한다.
이 경우, 예를 들어, 상기 계산기는, (a) 한 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도 및 (b) 다른 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도의 합; 및 상기 회전 링의 회전속도;의 비율에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 반경방향 하중을 계산한다.
대안으로서, 상기 계산기는, (a) 한 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도 및 (b) 다른 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도의 곱; 및 상기 회전 링의 회전속도의 제곱;의 비율에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 반경방향 하중을 계산한다.
이러한 구성에 따르면, 회전 링의 회전속도가 변하더라도, 반경방향 하중은 높은 정밀도로 계산될 수 있다.
또한, 본 발명을 구현할 때, 예를 들어 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 하중은 축방향 하중이다.
이 경우, 예를 들어, 상기 계산기는 한 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도 및 다른 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도의 비율에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 축방향 하중을 계산한다.
이러한 구성에 따르면, 회전 링의 회전속도가 변하더라도, 축방향 하중은 높은 정밀도를 유지하면서 계산될 수 있다.
대안으로서, 상기 계산기는 한 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도 및 다른 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도의 차에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 반경방향 하중을 계산한다.
이러한 구성에 따르면, 축방향 하중은 회전 링의 회전속도가 일정하다면 필요한 정밀도를 유지하면서 계산될 수 있다.
대안으로서, 바람직하게는 본 발명의 하중측정장치는 상기 회전 링의 회전속도를 감지하기 위한 회전속도 센서를 더 포함한다. 이후, 상기 계산기는 상기 회전속도 센서로부터 공급된 감지신호 및 상기 선회속도 센서로부터 공급된 감지신호에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 축방향 하중을 계산한다.
이 경우, 예를 들어, 상기 계산기는, (a) 한 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도 및 (b) 다른 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도의 차; 및 상기 회전 링의 회전속도;의 비율에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 축방향 하중을 계산한다.
이러한 구성에 따르면, 회전 링의 회전속도가 변하더라도, 축방향 하중은 충분한 정밀도를 유지하면서 계산될 수 있다.
대안으로서, 상기 계산기는 한 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도를 나타내는 신호 및 다른 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도를 나타내는 신호를 합성하여 구해진 합성신호에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 축방향 하중을 계산한다.
이 경우, 예를 들어, 상기 계산기는 상기 합성신호의 너울(swell)의 주기 및 진동수 중 하나에 근거하여 상기 축방향 하중을 계산한다.
이러한 구성에 따르면, 롤링베어링 유닛에 제공된 다수의 센서로부터 차체 측에 제공된 제어부로 신호를 전송하기 위한 하니스의 개수를 줄일 수 있고, 비용절감을 달성할 수 있다.
대안으로서, 바람직하게는 본 발명의 하중측정장치는 상기 회전 링의 회전속도를 감지하는 회전속도 센서를 더 포함한다. 이후, 상기 계산기는 상기 합성신호의 너울의 주기 및 진동수 및 상기 회전 링의 회전속도의 비에 근거하여 상기 축방향 하중을 계산한다.
이러한 구성에 따르면, 하니스의 개수를 줄일 수 있고, 축방향 하중은 회전 링의 회전속도가 변하더라도 충분한 정밀도를 유지하면서 계산될 수 있다.
또한, 본 발명을 구현할 때, 바람직하게는 상기 고정 링 또는 상기 회전 링의 하나의 이동경로는 외부 링 등가부재이고, 다른 이동경로는 내부 링 등가부재이고, 각 롤링 엘리먼트는 볼이다. 이후, 연속배열식 복합 접촉각이 상기 내부 링 등가부재의 외주면에 형성된 2열 앵귤러 콘택트 내부링 이동경로 및 상기 외부 링 등가부재의 내주면에 형성된 2열 앵귤러 콘택트 외부링 이동경로 사이에 제공된 볼에 붙어 있다.
이러한 구조는 하중에 근거하여 각 볼의 선회속도 변화가 크고 강성이 크기 때문에, 외부 링 등가부재와 내부 링 등가부재 사이에 가해진 하중은 바퀴를 안정적으로 지지하는 기능을 보장하면서 좋은 정밀도로 측정될 수 있다.
또한, 본 발명을 구현할 때, 상기 2열의 롤링 엘리먼트의 선회속도는 직접 측정될 수 있다.
이 경우, 선회속도 인코더가 생략되기 때문에, 부품수 감소에 근거하여 무게와 비용을 줄일 수 있다.
그렇지 않으면, 상기 2열의 롤링 엘리먼트의 선회속도는 각 롤링 엘리먼트를 고정하는 리테이너의 회전속도로서 측정된다.
이 경우, 상기 리테이너의 회전속도는 상기 리테이너 및 상기 리테이너와 별도로 형성된 인코더를 결합 및 고정시키고 상기 선회속도 센서의 감지부를 상기 인코더의 감지면에 동일한 중심을 갖도록 서로 마주보게 함으로써 측정된다.
대안으로서, 상기 리테이너는 자성물질로 제조된 분말이 혼합된 탄성부재와 일체형으로 형성되고, 상기 리테이너의 임의 표면 중에서 중심이 상기 리테이너의 회전중심에 상응하는 감지면에 S극과 N극이 동일한 간격으로 교대로 배열되도록 자화되고, 상기 선회속도 센서의 감지부는 상기 리테이너의 회전속도를 측정하기 위해 감지면과 마주본다.
이러한 방식에서, 리테이너의 회전속도로서 각 롤링 엘리먼트의 선회속도를 측정하기 위한 구조가 사용된다면, 선회속도의 감지 정밀도가 향상될 수 있다.
이 경우, 인코더를 사용하는 구조가 사용된다면, 바람직하게는 상기 인코더의 내경은 상기 인코더가 끼워맞춤된 상기 리테이너의 끼워맞춤 표면의 내경보다 더 크고, 상기 인코더의 외경은 상기 끼워맞춤 표면의 외경보다 더 작다.
이러한 구성에 따르면, 인코더와 고정 링 및 회전 링 사이의 간섭을 방지하면서 높은 정밀도로 롤링 엘리먼트의 선회속도를 측정할 수 있는 구조를 구현할 수 있다.
또한, 리테이너의 회전속도로서 롤링 엘리먼트의 선회속도를 측정하기 위한 구조가 사용된다면, 바람직하게는 상기 2열의 롤링 엘리먼트의 선회속도를 위한 상기 선회속도 센서는 상기 센서가 모든 열에서 다수 부품으로 상기 롤링 엘리먼트의 선회방향으로 이동된 상태에서 배열된다.
이 경우, 바람직하게는 상기 선회속도 센서는 상기 롤링 엘리먼트의 선회중심에 대해 180도만큼 반대 위치에서 모든 열에서 2개의 부품으로 제공된다.
이러한 구성에 따르면, 리테이너의 중심이 롤링 엘리먼트의 피치원 지름의 중심으로부터 벗어나고 그에 따라 리테이너가 빙빙 도는 움직임을 수행한다면, 롤링 엘리먼트의 선회속도는 정확하게 측정될 수 있다.
또한, 바람직하게는 본 발명의 하중측정장치는 각 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도를 계산하는 도중에 계산되는 각 열의 상기 롤링 엘리먼트의 접촉각을 정상값과 비교하는 비교기를 더 포함하고, 상기 비교기가 상기 접촉각이 정상범위를 벗어난다고 판단할 때 알람이 발생한다.
이러한 구성에 따르면, 과도한 축방향 하중이 가해지거나 예비하중 누출이 발생하는 등의 롤링베어링 유닛의 내구성 감소로 이어지는 문제를 자동차가 주행 불가능상태로 빠지기 전에 감지함으로써 수리작업을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명을 구현할 때, 바람직하게는 상기 롤링 엘리먼트는 세라믹으로 제조된다.
롤링 엘리먼트의 재료로서 일반적인 베어링 스틸보다 더 가벼운 세라믹을 이용하는 롤링 엘리먼트가 사용된다면, 선회 속도의 갑작스런 변화에 대한 롤링 엘리먼트의 회전속도 변화특성이 향상될 수 있으며, 또한 선회속도는 선회 슬립을 억제하도록 정밀하게 측정될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 도시하는 확대도이다.
도 3은 도 2의 좌측에 있는 리테이너와 선회속도 센서의 일부를 지름방향에서 바라본 도면이다.
도 4는 본 발명의 작용을 설명하는 개략도이다.
도 5는 반경방향 하중, 내부 링의 회전속도에 대한 각 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도의 비율, 및 축방향 하중 사이의 관계를 도시하는 도면이다.
도 6은 반경방향 하중, 내부 링의 회전속도에 대한 각 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도 합의 비율, 및 축방향 하중 사이의 관계를 도시하는 도면이다.
도 7은 축방향 하중과 내부 링의 회전속도에 대한 각 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도의 비율 사이의 관계를 도시하는 도면.
도 8A 및 도 8B는 축방향 하중과 예비하중 또는 반경방향 하중의 진동을 무시할 때 각 열의 롤링베어링 유닛의 선회속도의 비율 사이의 간계에 대한 예비하중 또는 반경방향 하중의 양의 영향을 보여주는 도면이다.
도 9A 및 9B는 본 발명에서 축방향 하중과 각 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도의 비율 사이의 관계에 대한 예비하중 또는 반경방향 하중의 양의 영향을 보여주는 도면이다.
도 10A 및 도 10B는 본 발명에서 일부 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도 차, 또는 회전 링의 회전속도와 축방향 하중의 양에 대한 이 차이의 비율을 보여주는 도면이다.
도 11은 회전 링의 회전속도에 대한 일부 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도의 비율, 축방향 하중의 양, 및 예비하중의 양 사이의 관계를 보여주는 도면이다.
도 12는 회전 링의 회전속도에 대한 일부 열의 롤링 엘리먼트의 선회속도의 차이의 비율, 축방향 하중의 양, 및 예비하중의 양 사이의 관계를 보여주는 도면이다.
도 13은 한 쌍의 선회속도 센서의 출력신호가 사인 형태로 변할 때 두 선회속도 센서의 출력신호를 동기화시킴으로써 축방향 하중이 계산되는 상태를 도시하는 순서도.
도 14는 한 쌍의 선회속도 센서의 출력신호와 이 경우 동기화된 신호를 보여주는 순서도.
도 15는 한 쌍의 선회속도 센서의 출력신호가 펄스 형태로 변할 때 두 선회속도 센서의 출력신호를 동기화시킴으로써 축방향 하중이 계산되는 상태를 도시하는 순서도.
도 16은 한 쌍의 선회속도 센서의 출력신호와 이 경우 동기화된 신호를 보여주는 순서도.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선회속도 인코더와 선회속도 센서를 축방향에서 바라본 개략도이다.
도 18은 제1 실시예에서 선회속도가 정확하게 유도될 수 있는 이유를 설명하는 도면이다.
도 19는 단 하나의 선회속도 센서가 제공된 경우, 도 17과 유사한 도면을 도시하는 도면이다.
도 20은 이 경우 유도된 선회속도의 차이가 발생하는 이유를 설명하는 도면이다.
도 21은 한 쌍의 선회속도 센서가 제공된 구조의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 22는 이러한 선회속도가 잘못된 경우 경고를 발하기 위해 선회속도를 감시하는 회로의 예를 도시하는 블록도이다.
도 23은 본 발명의 제5 실시예를 도시하는 부분단면도이다.
도 24는 본 발명의 제6 실시예를 도시하는 부분단면도이다.
도 25는 본 발명의 제7 실시예의 첫 번째 예를 도시하는 단면도이다.
도 26은 제7 실시예와 다른 구조를 도시하는 단면도이다.
도 27은 본 발명의 제7 실시예의 두 번째 예를 도시하는 단면도이다.
도 28은 본 발명의 제8 실시예를 도시하는 부분단면도이다.
도 29는 본 발명의 제9 실시예의 첫 번째 예를 도시하는 단면도이다.
도 30은 본 발명의 두 번째 예를 도시하는 단면도이다.
도 31은 본 발명의 제10 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 32는 본 발명의 제11 실시예의 첫 번째 예를 도시하는 단면도이다.
도 33은 본 발명의 제11 실시예의 두 번째 예를 도시하는 단면도이다.
도 34는 본 발명의 제12 실시예의 첫 번째 예를 도시하는 단면도이다.
도 35는 본 발명의 제12 실시예의 두 번째 예를 도시하는 단면도이다.
도 36은 본 발명의 제12 실시예의 세 번째 예를 도시하는 단면도이다.
도 37은 제1 관련기술의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 38은 제2 관련기술을 도시하는 단면도이다.
도면에서, 참조번호 1은 외부 링을 나타내고, 2와 2a는 허브를 나타내고, 3은 회전측 플랜지를 나타내고, 4는 허브 본체를 나타내고, 5는 너트를 나타내고, 6은 내부 링을 나타내고, 7은 외부 링 이동경로를 나타내고, 8은 내부 링 이동경로를 나타내고, 9, 9a 및 9b는 롤링 엘리먼트를 나타내고, 10 및 10a는 끼워맞춤 홀을 나타내고, 11은 변위 센서를 나타내고, 12는 센서 링을 나타내고, 13, 13a 및 13b는 회전속도 인코더를 나타내고, 14는 덮개를 나타내고, 15 및 15b는 회전속도 센서를 나타내고, 16은 너클을 나타내고, 17은 고정측 플랜지를 나타내고, 18은 볼 트를 나타내고, 19는 나사결합 구멍을 나타내고, 20은 하중 센서를 나타내고, 21a 및 21b는 선회속도 센서를 나타내고, 22, 22a 및 22b는 리테이너를 나타내고, 23, 23' 및 23a는 센서 유닛을 나타내고, 24는 상단부를 나타내고, 25는 림 부위을 나타내고, 26, 26a 및 26b는 선회속도 인코더를 나타내고, 27은 외부 링을 나타내고, 28은 내부 링을 나타내고, 29는 외부 링 이동경로를 나타내고, 30은 내부 링 이동경로를 나타내고, 31은 덮개를 나타내고, 32는 공간을 나타내고, 33은 산술 회로를 나타내고, 34는 메모리를 나타내고, 35a 및 35b는 비교기를 나타내고, 36a 및 36b는 알람을 나타내고, 37은 커넥터를 나타내고, 38은 하니스를 나타내고, 39는 플러그를 나타내고, 40은 슬링거(slinger)를 나타내고, 41은 자기감지 엘리먼트를 나타내고, 42는 영구자석을 나타내고, 43은 요크를 나타내고, 44는 코일을 나타내고, 45는 회전자를 나타내고, 또한 46은 고정자를 나타낸다.
[제1 실시예]
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1 실시예를 도시한다. 본 실시예는 본 발명이 자동차의 유동바퀴(FR 차량, RR 차량 및 MD 차량의 앞바퀴, FF 차량의 뒷바퀴)를 지지하는 경우를 도시한다. 이 롤링베어링 유닛 자체의 구조 및 동작이 도 37에 도시된 관련기술 구조와 유사하기 때문에, 반복되는 설명은 유사한 부분에 동일한 참조번호를 부여함으로써 생략되거나 단순화한다. 본 실시예의 특징적인 부분이 이후에 주로 설명될 것이다.
롤링 엘리먼트(볼)(9a, 9b)는 다수의 롤링 엘리먼트가 리테이너(22a, 22b)에 의해 각 열에 고정된 상태에서 복합(2열) 앵귤러 컨택트 내부 링 이동경로(8, 8) 및 복합(2열) 앵귤러 컨택트 외부 링 이동경로(7, 7) 사이에 2열로 각각 회전 가능하게 제공된다. 이러한 내부 링 이동경로(8, 8)는 회전 링 및 내부 링 등가부재인 허브(2)의 외주면에 형성되어 각각 회전측 이동경로를 구성한다. 이러한 외부 링 이동경로(7, 7)는 고정 링 및 외부 링 등가부재인 외부 링(1)의 내주면에 형성되어 각각 고정측 이동경로를 구성한다. 따라서, 허브(2)는 외부 링(1)의 내경 표면에 회전 가능하게 지지된다. 이 상태에서, 서로 마주보는 방향으로 향하고 동일한 크기를 갖는 접촉각(αa, αb)(도 2)은 각 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)에 적용되어 연속배열식 복합(2열) 앵귤러 컨택트 볼베어링을 구성한다. 충분한 예비부하가 사용중에 가해지는 축방향 하중에 의해 손실되지 않을 정도로 각 열의 롤링 엘리먼트(볼)(9a, 9b)에 가해진다. 이러한 롤링베어링 유닛을 이용할 때, 외부 링(1)에 고정된 고정측 플랜지(17)는 서스펜션 시스템을 구성하는 너클에 지지/고정되고, 또한 브레이크 디스크와 바퀴는 다수의 스터드 볼트와 다수의 너트에 의해 회전측 플랜지(3)에 지지/고정된다.
끼워맞춤 구멍(10a)은 2열 외부 링 이동경로(7, 7) 사이에서 이러한 롤링베어링 유닛을 구성하는 외부 링(1)의 축방향 중심부에 형성되어 이 외부 링(1)을 지름방향으로 관통한다. 이후, 센서 유닛(23)은 외부 링(1)의 지름방향을 따라서 외부로부터 내측으로 상기 끼워맞춤 구멍(10a) 안으로 삽입되어 센서 유닛(23)의 상단부(24)를 외부 링(1)의 내주면으로부터 돌출시킨다. 한 쌍의 선회속도 센서 (21a, 21b)와 회전속도 센서(15a)가 이 상단부(24)에 제공된다.
선회속도 센서(21a, 21b)는 2열로 배열된 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도를 측정하는데 사용된다. 이 센서의 감지면은 허브(2)의 축방향(도 1 및 도 2의 측방향)으로 상단부(24)의 양측 표면에 각각 배열된다. 본 실시예의 경우, 선회속도 센서(21a, 21b)는 리테이너(22a, 22b)의 회전속도로서 2열로 배열된 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도를 감지한다. 따라서, 본 실시예의 경우, 상기 리테이너(22a, 22b)를 구성하는 림 부위(25, 25)가 서로 마주보는 측면에 배열된다. 이후, 원형 링처럼 각각 형성된 선회속도 인코더(26a, 26b)는 전체 원주 주위로 림 부위(25, 25)의 서로 마주보는 면에 부착/지지된다. 리테이너(22a, 22b)의 회전속도가 선회속도 센서(21a, 21b)에 의해 감지될 수 있도록 선회속도 인코더(26a, 26b)의 감지면의 특성은 원주방향을 따라서 동일한 간격으로 교대로 변경된다.
그러므로, 선회속도 센서(21a, 21b)의 감지면은 선회속도 인코더(26a, 26b)의 감지면인 서로 마주보는 표면에 가깝게 마주본다. 이 경우, 선회속도 인코더(26a, 26b)의 감지면과 선회속도 센서(21a, 21b)의 감지면 사이의 거리(감지 간극)는 리테이너(22a, 22b)의 포켓 내면과 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 구름 접촉면 사이의 간극으로 정의되는 포켓 간극보다 크게 설정되는 것이 바람직하지만 2mm 또는 그보다 작게 설정된다. 이러한 감지 간극이 포켓 간극보다 작은 경우, 감지면과 감지된 표면은 리테이너(22a, 22b)가 포켓 간극만큼 변위될 때 서로 마찰될 가능성이 있고, 따라서 이러한 감지 간극은 바람직하지 않다. 반대로, 이러한 감지 간극이 2mm를 넘으면, 선회속도 센서(21a, 21b)에 의해 선회속도 인코더(26a, 26b)의 회전을 정밀하게 측정하는 것이 어렵게 된다.
반면, 회전속도 센서(15b)는 회전 링인 허브(2)의 회전속도를 측정하기 위해 사용된다. 이 센서의 감지면은 상단부(24) 상단면, 즉 외부 링(1)의 반경방향 내측 단면에 배열된다. 또한, 원통형 회전속도 인코더(13a)는 복합(2열) 앵귤러 컨택트 내부 링 이동경로(8, 8) 사이에서 허브(2)의 중심에 끼워맞춤/고정된다. 회전속도 센서(15b)의 감지면은 감지된 표면인 회전속도 인코더(13a)의 외주면과 마주본다. 허브(2)의 회전속도가 회전속도 센서(15b)에 의해 감지될 수 있도록 회전속도 인코더(13a)의 감지면 특성은 원주방향으로 동일한 간격으로 교대로 변경된다. 회전속도 인코더(13a)의 외주면과 회전속도 센서(15b)의 감지면 사이의 감지 간극은 2mm 또는 그보다 작게 억제된다.
이 경우, ABS 또는 TCS를 위한 제어신호를 얻기 위해서, 바퀴의 회전속도를 감지하기 위해 관련기술에서 사용하는 다양한 구조의 인코더가 인코더(26a, 26b, 13a)로 사용될 수 있다. 예를 들어, N극과 S극이 교대로 감지면(측면 또는 외주면)에 배열되는 다극 자석으로 제조된 인코더가 상기 인코더(26a, 26b, 13a)로 바람직하게 사용될 수 있다. 이 경우, 광학 특성이 원주방향으로 일정한 간격으로 교대로 변하는 인코더(이러한 인코더가 영구자석을 구비하는 자기 회전속도 센서 또는 광학 회전속도 센서와 결합되는 경우)가 또한 사용될 수 있다.
본 실시예의 경우, N극과 S극이 감지면인 축방향 표면에 교대로 정렬되는 원형-링 영구자석이 상기 선회속도 인코더(26a, 26b)로서 사용된다. 이러한 선회속도 인코더(26a, 26b)는 접착에 의해서 리테이너(22a, 22b)의 림 부위(25, 25)의 측 면에 결합/고정된 후에, 또는 리테이너(22a, 22b)가 사출성형될 공동 내에 설정된 후에, 삽입 몰딩 또는 2색 몰딩(두 종류의 물질이 동시에 몰딩된다)에 의해서 형성된다. 비용, 요구되는 접착력 등을 고려하여 어떤 방식이든 사용될 수 있다.
접착제를 사용한 고정방식이 사용되는 경우, 관련기술의 일반적인 리테이너가 리테이너(22a, 22b)로 사용되기 때문에 리테이너(22a, 22b)를 주조하기 위해 새로운 거푸집을 사용할 필요가 없고, 따라서 이러한 관점에서 비용이 낮아질 수 있다. 그러므로, 접착제를 사용하는 고정방식은 공정수가 상대적으로 적고 비용이 전체적으로 억제되어야 하는 경우에 효과적이다. 이 경우 접착제로는 에폭시 접착제 또는 실리콘 수지 접착제가 바람직하게 사용될 수 있다.
대조적으로, 삽입몰딩에 의해 리테이너(22a, 22b)와 선회속도 인코더(26a, 26b)를 결합/고정하는 방법이 사용된다면, 리테이너(22a, 22b)와 선회속도 인코더(26a, 26b)를 접착하는 단계가 생략되고, 따라서 조립하는 인력을 감축한다는 점에서 비용이 절감될 수 있다. 또한, 접착제의 열화 등으로 인해 리테이너(22a, 22b)와 선회속도 인코더(26a, 26b)를 분리하는 것이 확실히 방지될 수 있고, 따라서 신뢰도 향상을 얻을 수 있다. 결과적으로, 삽입몰딩을 이용한 결합고정방식은 공정수가 상대적으로 많고 비용이 전체적으로 절감되어야 하는 경우에 효과적이다.
리테이너(22a, 22b)와 선회속도 인코더(26a, 26b)가 접착 및 삽입몰딩 중 어떤 방식으로 결합/고정되더라도, 삽입몰딩에 의해 합성수지로 형성된 리테이너가 리테이너(22a, 22b)로 사용된다. 이 경우에 사용하는 합성수지로는, 사출성형으로 주조될 수 있는 어떠한 합성수지도 사용될 수 있다. 그러나 뛰어난 열저항으로 신 뢰도를 보장할 수 있고 낮은 저항계수를 갖는 폴리아미드 46(PA46), 폴리아미드 66(PA66), 폴리프로필렌 설파이드(PPS) 등이 바람직하다. 또한, 유리섬유, 탄소섬유 등과 같은 강화제가 합성섬유에 적절하게 혼합되는 것이 리테이너(22a, 22b)의 강도 향상을 위해 바람직하다. 이 경우 강화제의 혼합량으로는 대략 5 내지 40wt%가 적절하다. 혼합에 의해 강도를 증가시키는 효과는 혼합량이 5wt% 이하일 때 거의 기대되지 않으며, 강화제가 40wt%를 초과하여 혼합되는 경우 결과적인 리테이너(22a, 22b)의 인성이 낮아져 부스러짐, 균열 등의 손상을 쉽게 발생하게 된다. 케이스(22a, 22b)의 강도와 인성을 보장하기 위해서, 강화제의 혼합량은 10 내지 30wt%의 범위로 제한된다.
선회속도 인코더(26a, 26b)로 사용되는 원형-링 영구자석으로서 다음의 자석이 사용될 수 있다. 다시 말하면, 페라이트 자석(ferrite magnet), 아이언-네오디늄 자석(iron-neodymium magnet), 사마륨-코발트 자석(samarium-cobalt magnet) 등의 소결 자석, 알루미늄-망간 자석, 알리코 자석(Alnico magnet) 등의 금속 자석, 합성수지나 고무에 자석분말이 혼합된 플라스틱 자석 또는 고무 자석이 사용될 수 있다. 소결 자석과 금속 자석은 강한 자기력을 제공하지만 파손, 균열 등의 손상을 야기하기 때문에, 플라스틱 자석 또는 고무 자석이 바람직하게 사용되어야 한다.
플라스틱 자속 또는 고무 자석내의 자석 분말의 혼합률은 20 내지 95wt%이다. 자석의 자기력은 혼합물의 양이 증가할수록 강해지므로, 혼합물의 양은 선회속도 인코더(26a, 26b)에 필요한 자기력에 따라서 선회속도 센서(21a, 21b)의 성능 과의 관계를 고려하여 조절된다. 이 경우, 혼합량이 20wt% 이하로 설정된다면, 사용된 선회속도 인코더(26a, 26b)의 성능에 관계없이 선회속도 인코더(26a, 26b)에 필요한 자기력을 얻기 어렵다. 대조적으로, 자석 분말이 95wt% 이상 혼합된다면, 결합제인 합성수지 또는 고무의 양이 과도하게 줄어들기 때문에 결과적인 선회속도 인코더(26a, 26b)의 강도를 확보하기 어렵다. 따라서, 이러한 상태를 감안하여, 자석 분말의 혼합량은 20 내지 95wt%, 바람직하게는 70 내지 90wt%로 설정되어야 한다. 플라스틱 자석이 사출성형에 의해 리테이너에 결합/고정되는 경우, 플라스틱 자석과 리테이너 사이의 결합력은 동일한 형태의 합성수지로 플라스틱 자석 및 리테이너를 형성함으로써 향상될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 제품의 숫자가 훨씬 더 증가하는 경우, 인코더 기능을 리테이너 자체에 제공하는 것이 비용절감 및 신뢰도 향상 측면에서 효과적이다. 이 경우, 리테이너를 구성하는 합성수지로서, 사출성형에 의해 성형가능한 어떠한 수지를 사용해도 된다. 리테이너가 인코더와 별개의 부품으로 형성되는 상술한 경우처럼, 뛰어난 열저항성을 갖는 PA46, PA66, PPS 등의 합성수지를 사용하여 신뢰도를 보다 높일 수 있다. 또한, 리테이너가 인코더와 별개로 형성되는 경우처럼, 유리섬유, 카본섬유 등의 강화제를 적절히 혼합하는 것이 리테이너의 강도향상측면에서 바람직하다. 리테이너를 구성하는 합성수지에 혼합된 강화제의 양이 너무 많으면, 결과적인 리테이너의 인성이 낮아지고 파손, 균열과 같은 손상이 쉽게 발생한다. 결과적으로, 강화제를 혼합하더라도, 혼합물의 양은 5 내지 40wt%, 바람직하게는 10 내지 30wt%로 제한된다.
인코더의 기능이 리테이너 자체에 제공되는 경우, 자석 분말은 대략 20 내지 95wt%만큼 상기 합성수지에 혼합된다. 자석분말로서, 페라이트, 아이언-네오디뮴, 사마리움-코발트, 알루미늄-망간, 일링코, 아이언 등의 분말이 사용될 수 있다. 리테이너가 이러한 자석 분말을 혼합하면서 형성된다면, 자석의 자기력은 혼합물의 양이 증가할수록 강해진다. 그러므로, 혼합물의 양은 선회속도 센서(21a, 21b)의 성능에 대하여 리테이너에 요구되는 자기력에 따라서 조절된다. 이 경우, 합성수지의 양은 혼합물이 양이 너무 많이 증가하면 과도하게 줄어들고, 따라서 결과적인 리테이너의 강도를 보장하기 어렵다(인성이 낮아진다). 이 상황에 대해서, 자석 분말과 강화제의 혼합물의 총량은 98wt%보다 낮게 억제되는 것이 바람직하다. 자석분말과 강화제가 총 98wt%를 넘게 혼합된다면, 리테이너의 강도가 낮아지고 또한 사출성형동안 합성수지의 유연도가 나빠져서 좋은 품질의 케이스를 얻기 어렵다.
이 경우, 리테이너는 따로 형성된 리테이너와 선회속도 인코더가 서로 결합되거나 인코더의 기능이 리테이너 자체에 제공되는 경우에 관계없이 에폭시 수지 등과 같은 열경화성 수지를 주조하거나 압축성형에 의해서 형성될 수 있다. 이 경우, 뛰어난 강도를 갖는 리테이너를 얻을 수 있지만, 가격은 상승한다. 그러므로, 대량생산비용 절감을 고려한다면, 리테이너는 어떤 경우든 사출성형을 이용하여 열경화성 수지로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 자석 물질로 제조된 리테이너의 일부에 요철이 형성될 수 있고, 이후 이러한 요철부는 선회속도 인코더로 사용될 수 있다. 이 경우, 자속을 생산하기 위해 영구자석이 병합된 센서가 선회속도 센서(21a, 21b)로 사용된다. 더욱이, 영구자석으로 제조된 리테이너의 일부에 요철 이 형성될 수 있고, 또한 요철부는 S극과 N극을 갖도록 자화될 수 있다. 이 경우, 오목한 부분은 S극 또는 N극을 갖도록 자화될 수 있고, 볼록한 부분은 N극 또는 S극을 갖도록 자화될 수 있으며, 그렇지 않으면 볼록한 부분이 S극과 N극을 교대로 갖도록 자화될 수 있다.
또한, 선회속도를 감지하는 센서인 선회속도 센서(21a, 21b)와 회전속도 센서(15b)로서, 자기속도센서가 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 이 자기속도센서로서, Hall 엘리먼트, Hall IC, 자기저항 엘리먼트(MR 엘리먼트, GMR 엘리먼트), MI 엘리먼트 등이 병합되는 능동방식 선회속도 센서가 바람직하게 사용된다. 자기감지 엘리먼트가 병합되는 이러한 능동방식 선회속도 센서를 구성하기 위해서, 예를 들어 자기 감지 엘리먼트의 일측면이 직접 또는 자기 물질로 형성된 고정자를 통해서(자기 물질로 형성된 인코더가 사용되는 경우) 자기화 방향으로 영구자석의 일단부과 접촉하고, 반면에 자기감지 엘리먼트의 타측면은 직접 또는 자기물질로 형성된 고정자를 경유하여 인코더(26a, 26b, 13a)의 감지면에 밀접하게 대향한다. 본 실시예의 경우, 영구자석으로 형성된 인코더가 사용되기 때문에 센서 측의 영구자석은 필요하지 않다.
본 실시예의 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치의 경우, 센서(24a, 24b, 15a)의 감지신호는 계산기(미도시)로 입력된다. 이 계산기는 센서(24a, 24b, 15a)가 함침/지지된 센서 유닛(23) 등에 제공하여 롤링베어링 유닛과 일체로 설치될 수 있으며, 또는 차체 측의 롤링베어링 유닛과 별도로 설치될 수 있다. 이후, 이 계산기는 센서(21a, 21b, 15b)로부터 공급된 감지신호에 근거하여 외부 링(1)과 허브 (2) 사이에 적용된 반경방향 하중 및 축방향 하중 중 하나 또는 모두를 계산한다. 먼저 축방향 하중 감지과정이 아래에 설명되고, 그 후 축방향 하중의 감지과정이 설명될 것이다.
본 실시예의 경우, 반경방향 하중을 계산하기 위하여, 계산기는 선회속도 센서(21a, 21b)에 의해 감지된 각 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도의 합을 계산하고, 이후 회전속도 센서(15a)에 의해 감지된 허브(2)의 회전속도에 대한 상기 합의 비율에 근거하여 반경방향 하중을 계산한다. 이처럼 구성된 경우, 반경방향 하중은 롤링베어링 유닛에 가해지는 축방향 하중의 영향을 작게 억제하면서 반경방향 하중이 매우 정밀하게 감지될 수 있다. 이는 도 4 내지 도 6을 참조하여 아래에서 설명될 것이다. 이 경우, 각 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 접촉각(αa, αb)이 축방향 하중(Fa)이 가해지지 않은 상태에서 서로 동일하게 설정된다는 가정 하에 설명될 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 바퀴를 지지하기 위한 개략적으로 도시된 롤링베어링 유닛에 하중이 가해지는 상태를 도시한다. 예비하중(Fo, Fo)은 2열 내부 링 이동경로(8, 8)와 2열 외부 링 이동경로(7, 7) 사이에 2열로 배열된 롤링 엘리먼트(9a, 9a)에 가해진다. 또한, 반경방향 하중(Fr)은 작동 도중에 차체 등의 하중에 의해 롤링베어링 유닛에 가해진다. 또한, 축방향 하중(Fa)은 회전동작 등에 의해 적용되는 원심력에 의해 가해진다. 예비하중(Fo, Fo), 반경방향 하중(Fr) 및 축방향 하중 (Fa)은 모두 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 접촉각 α(αa, αb)에 영향을 미친다. 이후, 접촉각(αa, αb)이 변경되면, 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도(nc)가 변한다. 이 선회속도(nc)는 다음과 같이 주어진다.
nc = {1-(d·cos α/D)·(ni/2)} + {1+(d·cos α/D)·(no/2)} ... (1)
여기서, D는 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 피치 원지름이고,
d는 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 지름이고,
ni는 내부 링 이동경로(8, 8)가 제공되는 허브(2)의 회전속도이고,
no는 외부 링 이동경로(7, 7)가 제공되는 외부 링(1)의 회전속도이다.
수학식(1)로부터 명확하듯이, 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도(nc)는 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 접촉각 α(αa, αb)의 변화에 따라서 변하지만, 접촉각(αa, αb)은 상술한 것처럼 반경방향 하중(Fr) 및 축방향 하중(Fa)에 따라서 변경된다. 그러므로, 선회속도(nc)는 반경방향 하중(Fr) 및 축방향 하중(Fa)에 따라서 변경된다. 본 실시예의 경우, 허브(2)는 회전하지만 외부 링(1)이 회전하지 않기 때문에, 선회속도(nc)는 특히 반경방향 하중(Fr)의 증가와 함께 느려진다. 결과적으로, 반경방향 하중(Fr)은 선회속도(nc)에 근거하여 감지될 수 있다.
여기서, 선회속도(nc) 변화를 수반하는 접촉각(α)은 반경방향 하중(Fr)뿐 아니라 예비하중(Fo, Fo) 및 축방향 하중(Fa)에 의해서 변경된다. 또한, 선회속도(nc)는 허브(2)의 회전속도(ni)에 비례하여 변한다. 이러한 이유로, 예비하중(Fo, Fo), 축방향 하중(Fa) 및 회전속도(ni)를 고려하지 않으면, 선회속도(nc)를 정밀하게 감지하는 것은 불가능하다. 예비하중(Fo, Fo)이 운전상태에 따라서 변하지 않기 때문에, 초기화 등을 통해서 영향을 줄이기 쉽다. 대조적으로, 축방향 하중(Fa)과 허브(2)의 회전속도(ni)는 운전상태에 따라서 일정하게 변하기 때문에, 초기화를 통해 영향을 제거하는 것은 불가능하다.
이러한 환경을 비추어볼 때, 본 실시예의 경우, 축방향 하중(Fa)의 영향은 선회속도 센서(21a, 21b)에 의해 감지된 각 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도의 합을 계산함으로써 감소된다. 또한, 허브(2)의 회전속도(ni)의 영향은 회전속도 센서(15b)에 의해 감지된 허브(2)의 회전속도(ni)와 이 합의 비에 근거하여 반경방향 하중(Fr)을 계산함으로써 제거된다.
예를 들어, 도 4에 도시된 것처럼, 축방향 하중(Fa)이 도 4의 왼쪽에 적용되는 경우, 각 열을 구성하는 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도(nca, ncb)와 허브(2)의 회전속도(ni) 사이의 관계는 도 5에 주어진다. 먼저, 축방향 하중(Fa)이 0인 경 우(축방향 하중(Fa)이 가해지지 않는 경우), 각 열을 구성하는 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도(nca, ncb)는 도 5에서 실선(a)으로 지시된 것처럼 서로 같게 설정된다(nca=ncb). 대조적으로, 축방향 하중(Fa)이 약간 가해지는 경우(중간 수준), 축방향 하중(Fa)을 지지하는 우측 열을 구성하는 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(ncb)는 도 5에서 점선(b)으로 지시된 것처럼 축방향 하중(Fa)이 0인 경우보다 약간 증가한다. 반대로, 축방향 하중(Fa)을 지지하지 않는 도 4에서 좌측열을 구성하는 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca)는 도 5에서 점선(c)으로 지시된 것처럼 축방향 하중(Fa)이 0인 경우보다 약간 더 감소한다. 그 후, 축방향 하중(Fa)이 더 증가하면(큰 수준), 선회속도(nca, ncb)의 변화량은 도 5에서 쇄선(b, c)으로 도시된 것처럼 축방향 하중(Fa)이 0인 경우보다 증가한다. 이 경우, 예비하중이 축방향 하중(Fa)을 지지하지 않는 롤링 엘리먼트(9a, 9b)에 가해지는 경우가 상술한 조건처럼 가정된다.
축방향 하중(Fa)을 지지하는 열을 구성하는 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(ncb)가 가속되는 정도(Δncb)와 축방향 하중(Fa)을 지지하지 않는 열을 구성하는 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(nca)가 감속되는 정도(Δnca)는 거의 같고, 이들의 극성은 반대이다(│Δncb│ ≒ │Δnca│, Δncb + Δnca ≒ 0). 그러므로, 축방 향 하중(Fa)의 영향은 2열의 선회속도(nca, ncb)를 더함으로써 실질적으로 제거된다. 도 6은 허브(2)의 회전속도(ni)에 대한에 대한 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도(nca, ncb)의 합의 비{(nca+ncb)/ni}, 반경방향 하중(Fr)의 양 및 축방향 하중(Fa)의 양 사이의 관계를 보여준다. 도 6으로부터 명확하듯이, 반경방향 하중(Fr)이 2열의 선회속도(nca, ncb)의 합에 근거하여 계산된다면, 축방향 하중(Fa)의 영향은 미세하게 억제될 수 있으며, 또한 반경방향 하중(Fr)은 정확하게 감지될 수 있다.
상술한 설명은 2열의 선회속도(nca, ncb)를 더함으로써 축방향 하중(Fa)의 영향을 억제하도록 구성되었다. 이 경우, 축방향 하중(Fa)의 영향은 또한 2열의 선회속도(nca, ncb)를 곱함으로써(곱을 계산함으로써) 억제될 수 있다. 다시 말하면, 2열의 선회속도(nca, ncb)가 축방향 하중(Fa)의 변화와 거의 동일한 만큼 증가 또는 감소되기 때문에, 축방향 하중(Fa)의 변화에 의한 영향은 2열의 선회속도(nca, ncb)를 곱함으로써 감소될 수 있다. 보다 상세하게는, 반경방향 하중(Fr)은 허브의 회전속도(ni)의 제곱에 대한 2열의 선회속도(nca, ncb)의 곱(nca×ncb)의 비{(nca×ncb)/ni 2}에 근거하여 계산된다.
다음으로, 축방향 하중의 감지과정이 상술한 도 1 내지 도 4와 함께 도 7 내지 도 16을 참조하여 설명될 것이다. 본 실시예의 경우, 축방향 하중을 감지하기 위하여, 계산기는 선회속도 센서(21a, 21b)에 의해 감지된 2열의 회전 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도 사이의 차를 계산하고, 이후 회전속도 센서(15b)에 의해 감지된 허브(2)의 회전속도에 대한 이 차의 비에 근거하여 축방향 하중을 계산한다. 이러한 방식으로 구성된 경우, 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)에 가해진 예비하중과 롤링베어링 유닛에 가해진 반경방향 하중의 영향은 작게 억제될 수 있고, 따라서 축방향 하중은 매우 정밀하게 감지될 수 있다.
상술한 도 4 및 수학식(1)을 참조하여 설명한 것처럼, 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도(nc)는 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 접촉각 α(αa, αb)의 변화에 따라 변경된다. 이 경우, 상술한 것처럼, 접촉각(α)은 축방향 하중(Fa)에 따라서 변한다. 그러므로, 선회속도(nc)는 축방향 하중(Fa)에 따라서 변한다. 본 실시예의 경우, 허브(2)가 회전하고 외부 링(1)은 회전하지 않기 때문에, 축방향 하중(Fa)이 더 커질 때, 축방향 하중(Fa)을 지지하는 도 4의 우측 열을 구성하는 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(ncb)는 가속되는 반면, 축방향 하중(Fa)을 지지하지 않는 도 4의 좌측 열을 구성하는 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(nca)는 감속된다. 도 7은 축방향 하중(Fa)의 변화에 따른 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도의 변화상태를 보여준다. 또한, 도 7의 횡축은 축방향 하중(Fa)의 양을 나타내고, 종축은 허브(2)의 회전속도(ni)에 대한 선회속도(nc)의 비("nc/ni")를 나타낸다. 이 경우, 도 7의 좌표축에서 이 비("nc/ni")를 나타내는 값은 도 7에서 바깥으로 갈수록 커지고 위로 갈수록 작아진다.
도 7에 도시된 두 선(a, b)의 외부에서는, 실선(a)이 축방향 하중(Fa)을 지지하지 않는 도 4의 좌측 열을 구성하는 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(nca)의 비("nca/ni")를 나타내고, 점선(b)이 축방향 하중(Fa)을 지지하는 도 4의 우측 열을 구성하는 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(ncb)의 비("ncb/ni")를 나타낸다. 이 경우, 도 7의 실선(a)과 점선(b)은 적절한 예비하중(Fo)(중간 수준)이 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)에 가해지고 반경방향 하중(Fr)이 가해지지 않는(Fr=0) 상태에서 축방향 하중(Fa)의 양과 허브의 회전속도(ni)에 대한 선회속도(nc)(nca, ncb)의 비("nc/ni") 사이의 관계를 보여준다.
도 7에 도시된 실선(a)과 점선(b)으로부터 이해되는 것처럼, 예비하중(Fo)이 롤링 엘리먼트(9a, 9b)에 가해지는 2열 앵귤러 컨택트 볼베어링에 축방향 하중이 가해질 때, 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도는 축방향 하중의 양에 따라서(거의 비례하게) 변한다. 따라서, 다른 문제, 즉 축방향 하중의 크로스토크 성분으로 작용하는 예비하중(Fo)과 반경방향 하중(Fr)을 고려하지 않으면(또는 예비하중(Fo)과 반경방향 하중(Fr)을 일정하다고 가정하면), 축방향 하중은 각 열의 롤링 엘 리먼트(9a, 9a)(또는, 9b, 9b)의 선회속도(nca)(또는, ncb)를 측정하여 감지될 수 있다. 이 경우, 실제로 2열 앵귤러 컨택트 볼베어링에 가해진 예비하중(Fo)은 제조공차에 의해 변하고, 또한 반경방향 하중(Fr)은 승객수 및 화물용량의 차이에 의해 달라진다.
도 8은 축방향 하중(Fa)의 양과 축방향 하중(Fa)을 지지하지 않는 도 4의 좌측 열을 구성하는 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(nca)의 비율("nca/ni") 사이의 관계에 대한 예비하중(Fo)의 변화 및 반경방향 하중(Fr)의 양의 영향을 도시한다. 도 8A 및 8B에 도시된 실신(a), 점선(b) 및 쇄선(c)은 각각 도 5의 실선(a)에 대응한다. 또한, 도 8A는 축방향 하중(Fa) 양과 비율("nca/ni") 사이의 관계에 대한 예비하중(Fo) 값의 영향을 보여준다. 이 경우, 비율("nca/ni")의 양을 나타내는 도 8A의 좌표축상의 값은 도 8A에서 아래로 갈수록 커지고 위로 갈수록 줄어든다. 또한, 반경방향 하중(Fr)은 적용되지 않는다(Fr=0). 도 8A에서, 실선(a)은 예비하중(Fo)이 작은 경우를 나타내고, 점선(b)은 예비하중(Fo)이 중간 수준인 경우를 나타내고, 쇄선(c)은 예비하중(Fo)이 큰 수준인 경우를 나타낸다. 대조적으로, 도 8B는 축방향 하중(Fa) 양과 비율("nca/ni") 사이의 관계에 대한 반경방향 하중(Fr) 값의 영향을 보여준다. 이 경우, 비율("nca/ni")의 양을 나타내는 도 8B의 좌표축상의 값은 도 8B에서 아래로 갈수록 커지고 위로 갈수록 줄어든다. 또한, 예비하중(Fo) 값은 중간 수준으로 설정된다(Fo=0). 도 8B에서, 실선(a)은 반경방향 하중(Fr)이 큰 경우{Fr = 4900N (500kgf)}를 나타내고, 점선(b)은 반경방향 하중(Fr)이 중간 수준{Fr = 3920N (400kgf)}인 경우를 나타내고, 쇄선(c)은 반경방향 하중(Fr)이 작은 수준{Fr = 2940N (300kgf)}인 경우를 나타낸다.
도 8로부터 명확하듯이, 축방향 하중(Fa)이 동일하더라도, 허브(2)의 회전속도(ni)에 대한 선회속도(nca)의 비율("nca/ni")은 예비하중(Fo)과 반경방향 하중(Fr)이 다르면 서로 달라진다. 또한, 다양한 자동차 주행안정화 시스템이 높은 정밀도로 제어되어야 하는 경우, 예비하중(Fo)과 반경방향 하중(Fr)의 변화에 의한 이 비율의 변화량이 매우 크기 때문에, 이 비율("nca/ni")은 무시되어서는 안된다. 이는 축방향 하중(Fa)이 축방향 하중(Fa)을 지지하는 도 4의 우측 열을 구성하는 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(ncb)에 근거하여 측정되는 경우 특히 그렇다.
본 실시예의 경우, 접촉각(αa, αb)의 방향이 서로 다른(반대인) 한 쌍의 열에 있는 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도(nca, ncb)가 한 쌍의 선회속도 센서(21a, 21b)에 의해서 각각 감지되기 때문에, 롤링베어링 유닛에 가해진 축방향 하중(Fa)은 예비하중(Fo)과 반경방향 하중(Fr)의 변화 영향을 작게 억제하면서 측정된 다. 다시 말해서, 본 실시예의 경우, 접촉각(αa, αb)의 양이 동일하지만(축방향 하중이 적용되지 않는 경우) 방향이 서로 다른 한 쌍의 열에 있는 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도(nca, ncb)는 한 쌍의 선회속도 센서(21a, 21b)에 의해 감지되고, 그 후 계산기(미도시)는 두 선회속도(nca, ncb)에 근거하여 축방향 하중(Fa)을 계산한다.
이러한 방식으로, 다음 (1) 내지 (4) 중 한 방법이 두 선회속도(nca, ncb)에 근거하여 축방향 하중(Fa)을 계산하기 위해 사용된다.
(1) 외부 링(1)과 허브(2) 사이에 적용되는 축방향 하중(Fa)은 한 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca)에 대한 다른 열의 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(ncb)의 비율("ncb/nca")에 근거하여 계산된다.
(2) 외부 링(1)과 허브(2) 사이에 적용되는 축방향 하중(Fa)은 한 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca)와 다른 열의 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(ncb)의 차("ncb-nca")에 근거하여 계산된다.
(3) 외부 링(1)과 허브(2) 사이에 적용되는 축방향 하중(Fa)은 허브(2)의 회전속도(ni)에 대한 한 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca)와 다른 열의 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(ncb)의 차("ncb-nca")의 비율("ncb-nca/ni")에 근거하 여 계산된다.
(4) 외부 링(1)과 허브(2) 사이에 적용되는 축방향 하중(Fa)은 한 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca)를 나타내는 신호와 다른 열의 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(ncb)를 나타내는 신호를 합성하여 얻어진 합성신호에 근거하여 계산된다. 이러한 방법(1) 내지 방법(4)은 아래에 설명될 것이다.
먼저, 상술한 방법(1)은 도 9를 참조하여 아래에 설명될 것이다. 도 9는 한 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca)에 대한 다른 열의 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(ncb)의 비율("ncb/nca")과 축방향 하중(Fa) 사이의 관계를 보여준다. 도 9A에 각각 도시된 실선(a), 점선(b) 및 쇄선(c)은 비율("ncb/nca")과 축방향 하중(Fa) 사이의 관계를 각각 보여준다. 또한, 도 9A는 축방향 하중(Fa)의 양과 비율("ncb/nca") 사이의 관계에 대한 롤링 엘리먼트(9a, 9b)에 가해지는 예비하중(Fo) 값의 영향을 보여준다. 도 9A에서, 실선(a)은 예비하중(Fo)이 작은 경우를 나타내고, 점선(b)은 예비하중(Fo)이 중간 수준인 경우를 나타내고, 쇄선(c)은 예비하중(Fo)이 큰 수준인 경우를 나타낸다. 반면에, 도 9B는 축방향 하중(Fa)의 양과 비율("nca/nca") 사이의 관계에 대한 반경방향 하중(Fr) 값의 영향을 보여준다. 도 9B에서, 실선(a)은 반경방향 하중(Fr)이 큰 경우를 나타내고, 점선(b)은 반경방향 하중 (Fr)이 중간 수준인 경우를 나타내고, 쇄선(c)은 반경방향 하중(Fr)이 작은 수준인 경우를 나타낸다.
도 9A 및 도 9B에서 선(a, b, c)으로 지시된 것처럼, 한 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca)에 대한 다른 열의 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(ncb)의 비율("ncb/nca")은 축방향 하중(Fa)의 증가에 따라서 증가된다. 따라서, 비율("ncb/nca")과 축방향 하중(Fa) 사이의 관계가 실험적으로 또는 계산에 의해 미리 유도되고 그 후 계산기를 구성하는 마이크로컴퓨터에 설치(저장)된다면, 축방향 하중(Fa)은 두 선회속도(nca, ncb)에 근거하여 계산될 수 있다. 또한, 도 9A 및 9B에 도시된 선(a, b, c) 사이의 비교를 통해 명확하듯이, 비율("ncb/nca")과 축방향 하중(Fa) 사이의 관계에 대한 예비하중(Fo)과 반경방향 하중(Fr)의 영향은 작다.
보다 상세하게는, 예비하중(Fo)은 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)에 균일하게 적용되고 또한 반경방향 하중(Fr)은 실질적으로 균일하게 적용된다. 그러므로, 예비하중(Fo)과 반경방향 하중(Fr)이 변하더라도, 이러한 변화는 축방향 하중(Fa)의 계산값에 적은 영향을 미친다. 이 경우, 도 7로부터 명확하듯이, 축방향 하중(Fa)이 증가할 때, 하중측(축방향 하중(Fa)이 지지되는 측)의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도(ncb)가 가속되는 정도 및 비하중측(축방향 하중(Fa)이 지지되지 않는 측) 의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도(nca)가 감속되는 정도는 약간 다르다(도 7에 도시된 두 선(a, b)의 경사각의 절대값이 다르다). 그러므로, 축방향 하중(Fa)이 증가할 때, 예비하중(Fo)과 반경방향 하중(Fr)은 비율("ncb/nca")과 축방향 하중(Fa) 사이의 관계에 영향을 미친다. 그러나, 도 9 및 도 8 사이의 비교에 의해 명확히 이해하는 것처럼, 이러한 영향은 작으며, 매우 정밀한 제어가 요구되지 않는 한 실제 사용에서 무시될 수 있다. 이 경우, 축방향 하중(Fa)이 (1)번 방법으로 유도된다면, 허브(2)의 회전속도(ni)가 사용되지 않기 때문에 회전속도 센서(15b, 15)와 회전속도 인코더(13a)는 생략될 수 있다.
다음으로, (2)번 방법은 도 10A를 참조하여 아래에 설명될 것이다. 이 경우, 외부 링(1)과 허브(2) 사이에 적용되는 축방향 하중(Fa)은 한 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca)와 다른 열의 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(ncb)의 차("ncb-nca")에 근거하여 계산된다. 도 7의 선(a, b)으로부터 명확한 것처럼, 선회속도(nca, ncb)의 차("ncb-nca")는 축방향 하중(Fa)이 증가할수록 증가한다. 또한, 두 선(a, b)은 예비하중(Fo)과 반경방향 하중(Fr)의 변화와 함께 수직축 방향으로 이동되지만, 이 이동은 두 선(a, b)에서 거의 같고 동일한 방향인 것으로 나타난다. 그러므로, 선회속도(nca, ncb)의 차("ncb-nca")와 축방향 하중(Fa) 사이의 관계에 대한 예비하중(Fo)과 반경방향 하중(Fr)의 영향은 작다. 다시 말해서, 예비하중(Fo)과 반경방향 하중(Fr)이 변하더라도, 선회속도(nca, ncb)의 차("ncb-nca")에 근거하여 유도된 축방향 하중(Fa) 값에 대한 변화의 영향은 작게 억제된다.
그러므로, 도 10A에서 실선(d)으로 도시된 것처럼, 선회속도(nca, ncb)의 차("ncb-nca")와 축방향 하중(Fa) 사이의 관계가 실험적으로 또는 계산에 의해서 미리 유도되고 이후 계산기를 구성하는 마이크로컴퓨터에 설치된다면, 축방향 하중(Fa)은 두 선회속도(nca, ncb)의 차("ncb-nca")에 근거하여 계산될 수 있다. 또한, 축방향 하중(Fa)은 예비하중(Fo)과 반경방향 하중(Fr)의 변화의 영향을 억제하면서 정밀하게 감지될 수 있다. 이러한 방식에서, 축방향 하중(Fa)이 (2)번 방식으로 유도된다면, 허브(2)의 회전속도(ni)가 사용되지 않기 때문에 회전속도 센서(15b, 15)와 회전속도 인코더(13a)는 생략될 수 있다.
다음으로, (3)번 방법은 도 10B를 참조하여 설명될 것이다. 이 경우, 한 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca)와 다른 열의 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(ncb)의 차("ncb-nca")가 감지되고, 그 후 허브(2)의 회전속도(ni)에 대한 차("ncb-nca")의 비율("ncb-nca/ni")이 계산된다. 그 후, 외부 링(1)과 허브(2) 사이에 적용된 축방향 하중(Fa)은 이 비율("ncb-nca/ni")에 근거하여 계산된다. 이 경우, 도 10B의 실선(e)으로 지시된 것처럼, 비율("ncb-nca/ni")과 축방향 하중(Fa) 사이의 관계가 실험적으로 또는 계산에 의해 미리 유도되고 이후 계산기를 구성하는 마이크로컴퓨터에 설치된다면, 축방향 하중(Fa)은 두 선회속도(nca, ncb)의 차("ncb-nca")에 근거하여 계산될 수 있다. 또한, 축방향 하중(Fa)은 예비하중(Fo)과 반경방향 하중(Fr)의 변화의 영향을 억제하면서 허브(2)의 회전속도의 변화에 관계없이 정밀하게 감지될 수 있다.
공장의 기계공구 또는 운반차량의 회전지지부와 같이, 회전 링의 회전속도가 항상 일정하게 유지되는 상태에서 롤링베어링 유닛이 사용된다면, 축방향 하중(Fa)은 (2)번 방법에서처럼 단지 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도(nca, ncb)의 차("ncb-nca")에 의해서 정확하게 감지될 수 있다. 반대로, 자동차 또는 철도차량의 바퀴를 지지하는데 사용되는 롤링베어링 유닛처럼, 회전 링(허브(2))의 회전속도가 작동중에 변한다면, 선회속도(nca, ncb)의 차("ncb-nca")는 축방향 하중(Fa)에 관계없이 회전속도에 따라서 변한다. 결과적으로, 이 경우, 상술한 (3)번 방법처럼, 축방향 하중(Fa)이 회전속도 센서(15b)에 의해 감지된 허브(2)의 회전속도(ni) 및 선회속도(nca, ncb)의 차("ncb-nca")에 근거하여 계산된다면, 허브(2)의 회전속도(ni)의 영항은 제거될 수 있다.
더욱이, (4)번 방법은 도 11 내지 도 16을 참조하여 아래에 설명될 것이다. 이 경우, 계산기는 선회속도 센서(21a)로부터 공급된 한 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca)를 나타내는 신호와 선회속도 센서(21b)로부터 공급된 다른 열의 롤링 엘리먼트(9b, 9b)의 선회속도(ncb)를 나타내는 신호를 합성하여(겹쳐) 합성신호를 얻는다. 이후, 외부 링(1)과 허브(2) 사이에 적용된 축방향 하중(Fa)은 합성신호에 근거하여 계산된다. (4)번 방법은 선회속도 센서(21a, 21b)로부터 발신된 신호를 미리 합성하고, 따라서 하니스의 전체속도를 줄이고 계산기의 계산량을 줄이는 것을 가능하게 한다.
상술한 도 7과 마찬가지로, 도 11은 허브(2)의 회전속도에 대한 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도의 비 및 축방향 하중(Fa) 사이의 관계와 함께 축방향 하중(Fa)과 예비하중(Fo)의 양 사이의 관계를 보여주는 도면이다. 도 11에서, 세로좌표축 상의 수치값은 도 7 및 도 8에 반대로 위로 갈수록 증가한다. 또한, 도 10B와 마찬가지로, 도 12는 허브(2)의 회전속도에 대한 한 쌍의 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도 차의 비, 축방향 하중(Fa)의 양 및 예비하중(Fo)의 양 사이의 관계를 보여주는 도면이다. 도 11 및 도 12로부터 명확하듯이, 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca, ncb)는 축방향 하중(Fa)에 응하여 반대방향으로 변하고, 또한 예비하중(Fo)이 증가할수록 가속된다. (3)번 방법에서와 마찬가지로, (4)번 방법은 도 12의 간계를 이용하여 허브(2)의 회전속도(ni)에 대한 한 쌍의 열 의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca, ncb) 사이의 차("ncb-nca")의 비("ncb-nca/ni")에 근거하여, 외부 링(1)과 허브(2) 사이에 가해진 축방향 하중(Fa)을 계산한다.
특히, (4)번 방법의 경우, 합성된 신호는 한 쌍의 선회속도 센서(21a, 21b)로부터 송신된 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca, ncb)를 나타내는 신호를 합성하기 위해서 계산기에 의해 유도된다. 이후, 축방향 하중(Fa)은 합성신호와 허브(2)의 회전속도(ni)에 근거하여 계산된다. 이 경우 합성신호를 처리하는 방법은 선회속도 센서(21a, 21b)로부터 송신된 신호가 사인파처럼 변하는 경우와 신호가 펄스파처럼 변하는 경우 약간 다르다.
먼저, 신호가 사인파처럼 변하는 경우가 도 13 및 도 14를 참조하여 아래에 설명될 것이다. 이 경우, 도 14B에 도시된 합성신호는 선회속도 센서(21a, 21b)로부터 송신된 신호와 도 14A에 도시된 신호를 각각 합성하여(겹쳐) 얻어진다. 이 합성신호는 너울(swell) 주기(T1)를 갖는 너울을 포함한다. 이 너울은 선회속도 센서(21a, 21b)로부터 공급된 신호 사이의 차에 의해 발생되고, 너울 주기(T1)의 역수(1/T1, 주파수)는 선회속도 센서(21a, 21b)로부터 송신된 신호의 주파수 차이를 나타낸다. 그러므로, 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca, ncb)의 차("ncb-nca")는 너울 주기(T1) 또는 그 주파수에 의해 계산되고, 이후 외부 링(1)과 허브 (2) 사이에 가해진 축방향 하중(Fa)은 허브(2)의 회전속도(ni)에 대한 그 차("ncb-nca")의 비("ncb-nca/ni")에 근거하여 계산된다.
선회속도 센서(21a, 21b)로부터 송신된 신호의 합성(겹침)은 단순 회로에 의해 수행될 수 있고, 또한 합성신호를 공급하기 위해 단 하나의 하니스만 필요하다. 또한, 2열의 모든 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca, ncb)를 계산하는 데에는 합성신호를 수신하는 계산기가 필요하지 않다. 다시 말해서, 선회속도(nca, ncb) 사이의 차는 직접 감지될 수 있다. 이러한 이유로, 상술한 것처럼, 하니스의 전체 길이 감소 및 계산기 부분의 계산량 감소를 달성할 수 있다.
다음으로, 신호가 펄스파처럼 변하는 경우가 도 15 및 도 16을 참조하여 아래에 설명될 것이다. 이 경우, 도 16B에 도시된 합성신호는 선회속도 센서(21a, 21b)로부터 송신된 신호와 도 16A에 도시된 신호를 각각 합성함으로써(겹침으로써) 구해진다. 이 합성신호는 주기(T2)에 의해 변화된다. 이 변화(펄스폭의 변화)는 선회속도 센서(21a, 21b)로부터 공급된 신호 사이의 차에 의해서 생성되고, 변화주기(T2)의 역수(1/T2, 주파수)는 선회속도 센서(21a, 21b)로부터 공급된 신호의 주파수 차를 보여준다. 그러므로, 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca, ncb) 사이의 차("ncb-nca")는 변화주기(T2) 또는 주파수에 의해 계산되고, 이후 외부 링(1)과 허브(2) 사이에 가해진 축방향 하중(Fa)은 허브(2)의 회전속도(ni)에 대한 이 차("ncb-nca")의 비("ncb-nca/ni")에 근거하여 계산된다. 이 경우는 너울 주기(T1)가 변화주기(T2)로 대체된다는 점을 제외하고는 신호가 사인파처럼 변하는 경우와 유사하다.
[제2 실시예]
도 17은 본 발명의 제2 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 선회속도 인코더(26a)(또한 도 1 및 도 2에 도시된 선회속도 인코더(26b))가 편심이동 하더라도, 롤링 엘리먼트의 선회속도는 다수의 선회속도 센서(21a1, 21a2)(도 17에 두 개가 도시됨)를 제공하여 정밀하게 감지될 수 있다. 그러므로, 본 실시예의 경우, 선회속도 센서(21a1, 21a2)는 선회속도가 감지될 롤링 엘리먼트(9a, 9b)(도 1 참조)의 회전방향으로부터 벗어나도록 배열된다. 보다 상세하게는, 선회속도 센서(21a1, 21a2)는 허브(2)(도 1 참조)의 회전중심(O2)에 대해 180도만큼 반대방향으로 배열된다. 이후, 본 실시예는 선회속도 센서(21a1, 21a2)의 감지신호를 더하여 선회속도 인코더(26a)의 편심이동에 의해 야기되는 오류의 영향을 제거하도록 구성된다. 이는 도 17과 함께 도 18 내지 도 20을 참조하여 설명될 것이다.
이 롤링 엘리먼트(9a, 9b)를 회전 가능하게 고정하는데 필요한 간극은 선회속도 인코더(26a)가 고정되는(또는, 리테이너 자체가 인코더의 기능을 갖는다) 리테이너(22a)의 포켓 내면과 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 구름접촉면 사이에 제공된다. 그러므로, 각 구성요소의 조립정밀도가 아무리 높게 향상되더라도, 리테이너(22a)의 회전중심(O22)이 도 17 및 도 19에 과장되게 도시된 것처럼 롤링베어링 유닛 동작시에 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 피치원의 중심(O2)(허브(2)의 회전중심)으로부터 δ만큼 벗어난다. 이후, 선회속도 인코더(26a)는 이 편차에 근거하여 회전중심(O22) 주변을 빙빙 도는 이동을 한다. 이 빙빙 도는 움직임에 의하여, 선회속도 인코더(26a)의 감지면은 회전방향을 제외하고는 이동속도를 갖는다. 이후, 이 회전방향을 제외한 이동속도, 예를 들어 도 17 및 도 19에서 측방향 이동속도는, 회전방향 이동속도를 더하고 빼게 된다. 대조적으로, 선회속도 센서가 선회속도 인코더(26a)의 감지면의 이동속도에 근거하여 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도를 감지하기 때문에, 편심률(δ)은 감지면이 선회속도 인코더(26a)의 측면과 마주보는 선회속도 센서의 감지신호에 영향을 미친다.
예를 들어, 도 19에 도시된 것처럼, 하나의 선회속도 센서(21a)의 한 감지면만이 선회속도 인코더(26a)의 측면에 마주보는 경우, 선회속도 센서(21a)의 감지면은 도 20에 도시된 것처럼 변한다. 다시 말해서, 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도가 실선(α)으로 지시된 것처럼 일정할 때라도, 선회속도 센서(21a)의 출력신호에 의해 나타나는 선회속도는 점선(β)으로 지시된 것처럼 사인파처럼 변한다. 보다 상세하게는, 도 19에서 수평방향 이동속도가 회전방향 이동속도에 더해지는 경우, 출력신호는 실제 선회속도보다 더 빠른 속도에 상응하는 신호를 제공한다. 반대로, 도 19에서 수평방향 이동속도를 회전방향 이동속도에서 빼는 경우, 출력신호 는 실제 선회속도보다 느린 속도에 상응하는 신호를 제공한다. 도 19는 실제 경우보다 과장되게 편심률을 도시한다. 이때, 롤링베어링 유닛에 가해지는 하중(반경방향 하중(Fr) 및 축방향 하중(Fa))이 자동차의 안정성 제어를 보다 엄격하게 수행하기 위해서 보다 정밀하게 감지되어야 하는 경우, 편심률에 의해 야기되는 오차가 문제가 될 가능성이 있다.
대조적으로, 본 실시예의 경우, 한 쌍의 선회속도 센서(21a1, 21a2)가 제공된다. 그러므로, 도 17에 도시된 것처럼, 리테이너(22a)의 회전중심(O22)이 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 피치원 중심(허브(2)의 회전중심)으로부터 벗어나는 경우, 다시 말해서 리테이너(22a)가 편심률에 의해 빙빙 도는 이동을 수행하는 경우, 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도는 정밀하게 감지될 수 있다. 다시 말해서, 피치원의 중심(O2)에 대해서 180도만큼 반대 위치로 배열된 선회속도 센서(21a1, 21a2)는 동일한 양만큼 반대로 영향을 받는다.
보다 구체적으로, 도 18에 도시된 것처럼, 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도가 실선(α)으로 지시된 것처럼 일정한 경우, 하나의 선회속도 센서(21a1)의 출력신호로 나타나는 선회속도는 점선(β)으로 지시된 것처럼 사인파처럼 변화되고, 반면 다른 선회속도 센서(21a2)의 출력신호에 의해 나타나는 선회속도는 또한 쇄선(γ)으로 지시된 것처럼 사인파처럼 변화된다. 이 경우, 하나의 선회속도 센서(21a1)의 출력신호에 의해 나타난 선회속도의 변화주기와 다른 선회속도 센서(21a2) 의 출력신호에 의해 나타난 선회속도의 변화주기는 거의 180도만큼 서로 바뀐다. 그러므로, 한 쌍의 선회속도 센서선회속도 센서(21a1, 21a2)의 출력신호로부터 유도된 속도를 더해서(합계가 계산된다) 이후 2로 나눈다면, 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도는 편심률에 의해 생성된 빙빙 도는 움직임에 무관하게 정밀하게 측정될 수 있다. 또한, 자동차 안정성 제어를 보다 엄격하게 수행하기 위해서, 롤링베어링 유닛에 가해진 하중은 정밀하게 감지될 수 있다.
이 경우, 동일한 간격 위치에 있는 다수의 선회속도 센서를 롤링 엘리먼트의 회전방향의 원주방향으로(도시된 예에서, 180도만큼 반대 위치로) 배열함으로써 리테이너의 편심이동에 의해 생성된 에러를 보정하는 기술이 도 1에 도시된 것처럼 바퀴를 지지하는데 사용되는 2열 롤링베어링 유닛뿐 아니라 임의에 베어링 유닛에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 21에 도시된 것처럼, 이러한 기술은 1열 깊은 홈 또는 앵귤러 컨택트 볼베어링에 적용될 수 있다. 이러한 볼베어링에서, 다수의 롤링 엘리먼트(9, 9)는 동일 중심을 갖도록 배열된 외부 링(27)과 내부 링(28)의 서로 마주보는 외주면에 형성된 외부링 이동경로(29) 및 내부링 이동경로(30) 사이에 제공되고, 접촉각 및 충분한 예비하중이 적용된 상태(예비하중이 작동중이 전혀 손실되지 않는 상태에서 사용된다. 도 21에 도시된 예에서, 외부 링(27)의 외주면에 끼워맞춤/고정된 커버(31)에 끼워맞춤된 한 쌍의 선회속도 센서(21a1, 21a2)의 감지면은 내부 링(28)의 회전중심에 대해서 180도만큼 반대 위치로 리테이너(22)에 결합된 선회속도 인코더(26)의 측면에 마주본다.
이 경우, 롤링 엘리먼트가 2열로 제공되고 본 발명이 적용되는 롤링베어링 유닛이 회전 링의 회전속도가 공장의 운반차량 또는 기계공구의 회전지지부처럼 항상 일정한 상태로 사용된다면, 반경방향 하중(Fr)은 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도(nca, ncb)의 합("nca+ncb") 또는 곱("nca×ncb")만을 이용하여 정확히 검출될 수 있다. 또한, 축방향 하중(Fa)은 선회속도의 차("ncb-nca")만을 이용하여 정확히 검출될 수 있다. 반대로, 회전 링의 회전속도가 자동차 또는 철도차량의 바퀴를 지지하는데 사용되는 롤링베어링 유닛과 같이 작동중에 변경된다면, 선회속도(nca, ncb)의 합("nca+ncb") 또는 곱("nca×ncb")은 반경방향 하중(Fr)과 축방향 하중(Fa)에 관계없이 회전속도에 응하여 변화된다. 이러한 이유로, 이 경우, 상술한 것처럼, 반경방향 하중(Fr) 또는 축방향 하중(Fa)이 회전속도 센서(15b)에 의해 감지된 허브(2)의 회전속도(ni) 및 선회속도(nca, ncb)에 근거하여 측정되므로, 허브(2)의 회전속도(ni)의 영향은 제거될 수 있다.
이 경우, 반경방향 하중(Fr) 또는 축방향 하중(Fa)이 어떤 방법으로 측정되더라도, 관련 기술분야에서 ABS 또는 TCS의 제어신호를 얻기 위해 널리 사용되는 저렴한 속도센서가 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca, ncb)를 측정하는데 사용되는 선회속도 센서(21a, 21b) 및 허브(2)의 회전속도를 측정하는데 사용되는 회전속도 센서(15b)로 사용될 수 있다. 결과적으로, 롤링베어링 유닛을 위한 전체 하중측정시스템은 저렴하게 구성될 수 있다.
[제3 실시예]
도시된 예에서, 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도가 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)를 고정하는 리테이너(22a, 22b)의 회전속도로 측정되는 경우가 설명된다. 그러나 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도는 직접 측정될 수 있다. 예를 들어, 자기 센서가 선회속도 센서(21a, 21b)로 사용되고 자성물질로 제조된 엘리먼트가 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)로 사용된다면, 선회속도 센서(21a, 21b)를 구성하는 자기 센서의 특징은 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 속도에 따라 변화된다(자기 센서가 병합된 능동 센서의 경우). 다시 말해서, 자기 센서를 통과하는 자속의 양은 자성물질로 제조된 롤링 엘리먼트(9a, 9b)가 선회속도 센서(21a, 21b)의 감지면 주변에 존재하는 순간 증가되고, 반면 자기 센서를 통과하는 자속의 양은 감지면이 원주 방향으로 롤링 엘리먼트(9a, 9b) 사이에 위치한 부분에 인접하게 마주보는 순간 감소된다. 이러한 방식으로, 자기 센서의 특성이 자기 센서를 통과하는 자속량의 변화에 응하여 변경되는 횟수는 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도에 비례한다. 결과적으로, 선회속도는 자기 센서가 병합된 선회속도 센서(21a, 21b)의 감지신호에 근거하여 유도될 수 있다.
이 경우, 상술한 메커니즘에 의해 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도를 감지하기 위하여, 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)는 자성물질로 제조되어야 한다. 그러므로, 세라믹 등과 같은 비자성물질로 제조된 엘리먼트가 2열의 롤링 엘리먼트 (9a, 9b)로 사용되는 경우, 광학 센서가 선회속도 센서(21a, 21b)로 사용되어야 한다. 그러나, 많은 경우 구름접촉부를 미끄럽게 하는 윤활유가 선회속도 센서(21a, 21b)의 감지부가 삽입되는 공간(32)에 밀봉되고(도 1 및 도 2 참조), 따라서 이러한 경우 빛은 효과적으로 반사되지 않는다. 이러한 환경에 대하여, 자성물질로 제조된 엘리먼트가 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)로 사용되고 또는 자성 센서가 병합된 센서가 선회속도 센서(21a, 21b)로 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 것처럼, 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도가 선회속도 센서(21a, 21b)에 의해 직접 측정될 때 합성수지 등의 비자성물질로 제조된 리테이너가 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)를 고정하기 위해 리테이너(22a, 22b)로 사용되는 것이 바람직하다. 자성물질로 제조된 리테이너가 사용되는 경우, 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)와 선회속도 센서(21a, 21b)의 감지부 사이로 흐를 자속이 차단되고, 따라서 정확한 선회속도를 측정하는 것이 불가능하다. 반대로 말하면, 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도는 비자성물질로 제조된 리테이너(22a, 22b)에 의해서 정확히 측정될 수 있다. 이 경우, 리테이너(22a, 22b)는 구리합금 등과 같은 비자성 금속으로 제조될 수 있고, 보다 바람직하게는 합성수지로 제조된 리테이너가 가볍고 자속을 잘 차단하지 않기 때문에 이러한 리테이너가 사용되어야 한다. 예를 들어, 일반적으로 비자성 금속으로 알려진 오스테나이트-기반의 스테인리스 스틸은 또한 미소한 자성을 가지기 때문에, 이러한 스틸은 선회속도를 정확히 감지하는데 불리하다.
세라믹 엘리먼트가 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)로 사용되고 2열의 롤링 엘 리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca, ncb)가 리테이너(22a, 22b)의 회전속도로 측정되는 구조가 사용되는 경우, 선회속도(nca, ncb)를 정확히 측정하는데 유리하다. 다시 말하면, 세라믹은 롤링 엘리먼트(9a, 9b)를 구성하는데 흔히 사용되는 베어링 스틸, 스테인리스 스틸 등과 같은 강성 금속보다 가볍고 동작중에 작용하는 원심력과 관성 질량이 작다. 따라서, 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 구름접촉면과 외부링 이동경로(7, 7) 사이의 접촉부의 접촉압력이 작아지고, 관성 질량이 작아지고, 갑작스런 속도변화에 따른 성능이 향상될 수 있다. 또한, 허브(2)의 속도가 갑자기 변하더라도, 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 구름접촉면과 외부링 이동경로(7, 7)와 내부링 이동경로(8, 8) 사이의 접촉부에서 미끄럼(회전 미끄럼)이 잘 발생하지 않는다.
다시 말하면, 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca, ncb)는 허브(2)의 회전속도(ni)의 변화에 대응하도록 정확히 변화된다. 그러므로, 허브(2)의 회전속도(ni)가 갑자기 변하더라도, 롤링베어링 유닛에 가해지는 반경방향 하중(Fr)과 축방향 하중(Fa)은 회전속도(ni)와 선회속도(nca, ncb)에 근거하여 정확히 측정될 수 있다. 이 경우, 이러한 방식으로 세라믹으로 이루어진 롤링 엘리먼트를 형성하여 회전 미끄러짐을 억제하면서 롤링 엘리먼트의 선회속도를 정확히 측정하는 기술은 롤링 엘리먼트가 볼을 제외한 엘리먼트로 형성된 경우뿐 아니라 2열 형태 대신에 1열 롤링베어링 유닛을 사용하는 경우에도 적용될 수 있다.
또한, 선회속도 센서(21a, 21b) 및 회전속도 센서(15b)로서, 코일이 자성물 질로 제조된 극성 부품에 감긴 수동 자성 속도센서가 사용될 수 있다. 이 경우, 수동 자성 회전센서의 감지신호의 전압은 회전속도가 느려질 때 낮아진다. 본 발명의 대상이 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치인 경우, 이러한 장치는 이동체의 고속 주행동안 주행안정성을 구현하는 것을 주요 목적으로 하기 때문에, 저속 주행동안 감지신호의 전압 감소는 거의 문제가 되지 않는다. 따라서, 각 센서(21a, 21b, 15b) 중 하나 또는 다수 센서로 저렴한 수동센서가 사용되는 경우, 전체 장치의 비용감소를 달성할 수 있다. 이 경우, 저속 주행동안 고정밀 제어가 필요한 경우, 자성 센서가 병합된 화성 회전센서가 상술한 것처럼 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 능동 센서가 회전센서로 사용되거나 수동 센서가 사용되는 경우 모두, Hall 엘리먼트 등과 같은 자기 감지 엘리먼트와 영구자석, 요크(극성 부품), 코일 등과 같은 센서 구성부품이 상단부의 감지면을 제외하고 합성수지 등과 같은 비자성 물질로 제조된 홀더에 주조되는 것이 바람직하다. 이러한 방식에서, 합성수지에 센서 구성부품을 주조하여 구성된 회전센서의 감지부는 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)에 끼워맞춤된 선회속도 인코더(26a, 26b)의 감지부, 즉 선회속도 센서(21a, 21b)의 경우 리테이너(22a, 22b) 및 회전속도 센서(15b)의 경우 회전속도 인코더(13a)에 각각 마주보게 된다. 이런 형태로, 상기 센서(21a, 21b, 15b)는 하나의 홀더에 고정되고, 이 센서(21a, 21b, 15b)를 외부 링(1)에 끼워맞추는 동작이 쉬워질 수 있다. 이 경우, 센서(21a, 21b, 15b)는 응용방법에 따라서 비회전 부위에 별도로 끼워맞춤될 수 있다.
또한, 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도를 나타내기 위해 선회속도 센서(21a, 21b)에 의해 감지된 신호 및 허브(2)의 회전속도를 나타내기 위해 회전속도 센서(15b)에 의해 감지된 신호는 아날로그 회로 등과 같은 하드웨어 및 마이크로컴퓨터 등을 이용하는 소프트웨어에 의해 처리될 수 있다. 또한, 도시된 예에서, 본 발명이 자동차의 바퀴를 지지하기 위해 사용되는 2열 앵귤러 컨택트 롤링베어링 유닛에 적용되는 경우가 설명되었다. 그러나 본 발명은 일반적인 2열 또는 다수열 볼베어링 또는 테이퍼진 롤러 베어링에도 적용될 수 있다. 이 경우, 본 발명이 다수열(3열 또는 그 이상) 롤링 베어링에 적용된 경우, 롤링베어링 유닛에 가해진 하중은 2열의 롤링 엘리먼트의 선회속도와 함께 나머지 열의 선회속도를 감지함으로써 계산된다. 도한, 본 발명이 테이퍼진 롤러가 롤링 엘리먼트로 사용되는 2열 테이퍼진 롤러 베어링에 적용된 경우, 선회속도의 변화량은 2열 볼 베어링보다 작아지고, 그럼에도 불구하고 하중은 테이퍼진 롤러의 선회속도 변화에 근거하여 계산될 수 있다.
더욱이, 본 발명이 자동차의 바퀴를 지지하는데 사용되는 2열 앵귤러 컨택트 롤링베어링 유닛에 적용되더라도, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 외측의 내부링 이동경로(8)가 중간부위의 허브 본체(4)의 외주면에 형성된 소위 3세대 허브 유닛뿐 아니라 어떤 허브 유닛에도 구현될 수 있다. 다시 말하면, 본 발명은 한 쌍의 내부 링이 허브 본체의 내측단부 또는 중간부분에 끼워맞춤/고정된 소위 2세대 허브유닛, 및 한 쌍의 내부 링이 허브 본체의 내측단부 또는 중간부분에 끼워맞춤/고정되고 또한 외주면이 단순한 원형으로 형성된 외부 링이 너클의 지지구멍 내 에 삽입/지지되는 소위 1세대 허브 유닛에 적용될 수 있다. 대안으로, 도 21에 도시된 구조와 같이, 본 발명은 각각이 1열 롤링 베어링으로 기능하는 한 쌍의 롤링 베어링이 중간부분 또는 내측단부에 있는 허브 본체의 외주면 및 너클의 지지구멍의 내주면 사이에 제공되어 2열 롤링베어링 유닛을 구성하는 구조에 적용될 수 있다. 물론, 본 발명의 응용은 도시된 것과 같은 유동바퀴를 위한 허브 유닛에 한정되지 않으며, 본 발명은 도 38 내지 도 40에 도시된 것과 같이 구동 바퀴(FR 차량, RR 차량, MR 차량의 후륜, FF 차량의 전륜, 및 4WD 차량의 모든 바퀴)를 위한 허브 유닛에 적용될 수 있다.
[제4 실시예]
더욱이, 상술한 것처럼, 본 발명이 구현될 때, 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca, ncb)는 반경방향 하중(Fr)과 축방향 하중(Fa)을 측정함으로써 측정된다. 이후, 각 열의 선회속도(nca, ncb)가 검출되면, 접촉각 α(αa, αb)이 상술한 수학식1에 근거하여 계산될 수 있다. 그러므로, 접촉각(α)을 감시하면 롤링베어링 유닛의 상태를 판단하여 이상 상태 때에 알람을 생성하기 위한 알람 유닛이 구성될 수 있다. 이상 상태시에, 롤링베어링 유닛에 예비하중이 손실된 경우(예비하중 누출이 발생한 경우), 과도한 축방향 하중(Fa)이 롤링베어링 유닛에 가해진 경우 등이 예를 들어 고려될 수 있다. 이들로부터 예비하중이 사라진 경우, 접촉각(α)은 작아진다. 이후, 흔들림에 의해 야기된 진동 또는 소음이 생성되고, 또한 2열 의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 구름접촉면과 외부링 이동경로(7) 및 내부링 이동경로(8)에 회전 미끄럼에 의한 마모가 발생한다. 대조적으로, 과도한 축방향 하중(Fa)이 적용되는 경우, 모든 열의 접촉각(α)이 증가한다. 또한, 관련된 열의 롤링 엘리먼트(9a 또는 9b)의 구름접촉면과 외부링 이동경로(7) 및 내부링 이동경로(8) 사이의 접촉부의 접촉압력이 과도하게 증가되어 롤링베어링 유닛의 회전저항성을 증가시킬 뿐 아니라, 가장 심한 경우 구름접촉면의 일부가 외부링 이동경로(7) 및 내부링 이동경로(8)로부터 벗어날 수 있다. 어떤 경우든, 각 표면의 구름접촉 피로수명은 각 표면상에 야기된 벗겨짐 등 때문에 줄어들게 된다.
예비하중 상실이 발생하거나 과도한 축방향 하중(Fa)이 가해져서 문제를 일으키는 모든 상태는 접촉각(α)을 감시함으로써 파악될 수 있다. 그러므로, 각 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 접촉각(α)은 이를 감시하면서 도 22에 도시된 회로에 의해서 정상값과 비교되고, 정상값으로부터의 편차가 커질 때 알람을 발생하는 알람장치가 구성될 수 있다. 이러한 알람장치가 구성되면, 롤링베어링 유닛의 수명을 예측할 수 있거나, 또는 이러한 롤링베어링 유닛이 병합된 자동차, 기계공구, 산업장비 등과 같은 기계장치에 심각한 문제가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다. 이 경우, 알람으로서 알람 램프를 켜거나 부저와 같은 알람장치를 동작하는 등의 방식이 고려될 수 있다.
도 22에 도시된 회로는 각 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 접촉각(αa, αb)이 소정 값 또는 그 이상으로 정상값으로부터 벗어날 때 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 접촉각(αa, αb)을 감시함으로써 관련 열에 대하여 알람을 발생하도록 구성된다. 이러한 이유로, 회전속도 센서(15b)로부터 공급된 허브(2)의 회전속도(ni), 선회속도 센서(21a, 21b)로부터 공급된 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9a)의 선회속도(nca, ncb), 및 메모리(34)에 저장된 롤링베어링 유닛의 명세 사항은 산술 회로(33)에 입력된다. 2열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 피치원 지름(D), 이 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 지름(d) 등과 같은 각 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 접촉각(αa, αb)뿐 아니라 각 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 초기 접촉각(αo)의 계산에 필요한 다양한 값이 롤링베어링 유닛의 모델번호를 입력하거나 필요한 값을 직접 입력함으로써 메모리(34)에 저장된다.
산술 회로(33)는 각 속도(n1, nca, ncb) 및 각 지름(D, d)에 근거하여 각 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 접촉각(αa, αb)을 계산하고, 이후 이를 비교기(35a, 35b)에 공급한다. 이 비교기(35a, 35b)는 각 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 접촉각(αa, αb)을 계산시점에 메모리(34)로부터 공급된 초기 접촉각(αo)과 비교한다. 이후, 각 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 접촉각(αa, αb)이 정상범위 내에 있는지 여부를 판단한다. 이 접촉각(αa, αb)이 정상범위를 벗어난다고 판단되면(비정상), 알람(36a, 36b)은 알람을 생성하도록 유도된다.
롤링베어링 유닛의 작동상태가 정상인지를 판단하는 접근법은 각 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 접촉각(αa, αb)을 초기 접촉각(αo)과 비교하는 단계에 제한되지 않는다. 어떤 접근법을 수행해도 된다. 예를 들어, 롤링베어링 유닛의 탄성변형량(δ), 반경방향 하중(Fr), 축방향 하중(Fa) 및 접촉 강성(K)을 검출하고 이후 이를 롤링베어링 유닛의 명세사항과 비교함으로써 롤링베어링 유닛의 작동상태가 정상인지 아닌지 판단할 수 있다. 이 경우, 산술 회로(33)는 수학식 2 내지 5에 주어진 계산을 수행한다.
(ri + re - d)·cos αn = (ri + re + δ - d)·cos αo ... (2)
여기서, ri: 내부링 이동경로의 홈 반경(단면형상 곡률의 반경),
re: 외부링 이동경로의 홈 반경(단면형상 곡률의 반경)
δ: 탄성변형량
αo: 초기 각속도, 및
αn: 작동중 2열의 접촉각(αa, αb)이다.
Q = Kn × δ3/2 ... (3)
여기서, Q: 롤링 엘리먼트의 하중, 및
Kn: 롤링 엘리먼트의 상수.
Fa = z × Q × sin αn ... (4)
Fr = z × Q × cos αn ... (4)
여기서, z: 롤링 엘리먼트의 상수이다.
[제5 실시예]
도 23은 본 발명의 제5 실시예를 도시한다. 본 실시예의 경우, 센서 유닛(23)의 상단부(24)에 설치된 세 개의 센서(21a, 21b, 15b) 중에서, 하나의 회전속도 센서(15b)는 한 쌍의 선회속도 센서(21a, 21b)보다도 허브(2)의 외주면에 더 가깝게 위치한다. 이런 방식으로 구성된 경우, 세 센서(21a, 21b, 15b)는 서로 이격되며, 이 센서(21a, 21b, 15b) 사이의 간섭이 줄어든다. 이러한 자기 간섭이 낮게 억제되기 때문에, 회전속도를 감지하는 신뢰성이 향상될 수 있고, 또한 하중 계산 신뢰도가 향상된다.
[제6 실시예]
도 24는 본 발명의 제6 실시예를 도시한다. 본 실시예의 경우, 센서 유닛(23)의 상단부(24)에 제공된 세 센서(21a, 21b, 15b)의 위치는 제5 실시예의 경우보다 더 크게 이동된다. 보다 상세하게는, 본 실시예의 경우, IC 패키지에 포장된 센서(21a, 21b, 15b)는 센서 유닛(23)의 축방향에 직렬로 서로 가깝게 정렬된다. 이렇게 함으로써, 센서(21a, 21b, 15b) 사이의 가지 간섭이 더 낮게 억제되고, 또한 센서 유닛(23)의 지름이 작게 제작된다. 이후, 한 쌍의 리테이너(22a, 22b) 사이의 간격이 좁게 설정되더라도, 센서 유닛(23)의 상단부(24)가 내부에 배열될 수 있고 센서 유닛(23)이 내부에 설치되는 외부 링(1) 내에 형성된 끼워맞춤 구멍(10a)(도 1 및 도 2 참조)의 내경이 작게 형성된다. 따라서, 외부 링(1)의 길이 및 강성이 향상될 수 있다.
[제7 실시예]
도 25는 본 발명의 제7 실시예를 도시한다. 본 실시예의 경우, 커넥터(37)가 외부 링(1)의 외주면에 제공되고, 센서(21a, 21b, 15a)의 감지신호를 출력하는데 사용되는 하니스(38)의 일단부에 제공된 플러그(39)가 이 커넥터(37)에 연결될 수 있다. 하니스(38)의 타단부는 자동차 차체에 제공된 컨트롤러에 결합된다. 본 실시예의 경우, 각 센서(21a, 21b, 15b)를 장착한 센서 유닛(23)이 미리 설치된 롤링베어링 유닛이 서스펜션 시스템에 끼워맞춤된다면, 하니스(38)의 손상이 상기 구조를 도입함으로써 방지될 수 있다.
보다 상세하게는, 도 26에 도시된 것처럼, 각 센서(21a, 21b, 15b)를 구비한 센서 유닛(23')과 하니스(38)가 서로 이격된 상태로 결합된다면, 조립공정에서 하니스(38)를 손상시킬 수 있다. 또한, 하중측정 롤링베어링 유닛의 이송동작(패킹 동작 및 그 전의 언패킹 동작)이 문제가 된다. 대조적으로, 본 실시예의 경우, 하니스(38)가 제거된 상태에서 조립동작이 수행되고 이후 하니스(38)가 결합되기 때 문에, 하니스(38)는 조립동작시에 절대 손상(절연필름이 손상되거나 전도체가 단락되는 등의 문제)되지 않는다. 또한, 하중측정 롤링베어링 유닛의 이송동작은 쉽게 수행된다. 또한, 하니스(38)가 자동차 운행중에 날아드는 돌에 의해 손상될 경우, 하니스(38)와 플러그(39)만 교체하면 되므로 수리에 필요한 경비가 줄어들 수 있다.
이 경우, 외부 링(1)측에 제공된 커넥터(37)는 도 25에 도시된 것처럼 센서 유닛(23)으로부터 분리되어 제공될 수 있고, 또한 도 27에 도시된 것처럼 센서 유닛(23a)에 일체형으로 제공될 수도 있다.
[제8 실시예]
도 28은 본 발명의 제8 실시예를 도시한다. 본 실시예의 경우, 리테이너(22a 또는 22b)의 림 부위(25)의 측면에 부착된 선회속도 인코더(26a 또는 26b)의 내경(a)은 림 부위(25)의 측면의 내경(A)보다 더 크게 설정되고, 반면 동일한 선회속도 인코더(26a 또는 26b)의 외경(b)은 림 부위(25)의 측면의 외경(B)보다 더 작게 설정된다(A<a<b<B). 각 부위의 치수가 이런 방식으로 정의되므로, 선회속도 인코더(26a 또는 26b)가 외부 링(1)의 내주면 및 허브(2)의 외주면과 접촉하는 경우가 방지될 수 있다(예를 들어, 도 1 및 도 2 참조).
[제9 실시예]
도 29 및 도 30은 본 발명의 제9 실시예를 도시한다. 본 실시예의 경우, 허 브(2)의 회전속도를 감지하는데 사용되는 회전속도 인코더(13b)와 회전속도 센서(15b)가 롤링베어링 유닛의 내측단부에 제공된다. 선회속도 인코더(26a, 26b)와 선회속도 센서(21a, 21b)만이 2열로 정렬된 롤링 엘리먼트(9a, 9b) 사이에 제공된다. 본 실시예의 경우, 이러한 구조를 사용함으로써, 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 열 사이의 간격이 좁더라도, 각 센서(21a, 21b, 15b)의 지나치게 가까운 배열로 인해 자성 간섭이 야기되는 것을 방지할 수 있고, 또한 센서 유닛(23)의 지름이 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 열 사이의 공간으로 삽입될 수 없을 정도로 증가하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 센서 유닛(23)을 삽입하는데 사용되는 끼워맞춤 구멍(10a)의 내경이 줄어들기 때문에, 외부 링(1)의 강도 및 강성을 쉽게 향상시킬 수 있다.
이 경우, 회전속도 인코더(13b)는 도 29에 도시된 것처럼 허브(2)의 내측단부에 독립적으로 끼워맞춤/고정되거나, 도 30에 도시된 것처럼 결합밀봉 링을 구성하는 슬링거(slinger)(40)의 측면에 부착될 수 있다. 또한, 회전속도 센서(15b)는 도 29에 도시된 것처럼 외부 링(1)의 내측단부에 있는 개구부에 놓여진 커버(14)에 끼워맞춤/고정되거나, 도 30에 도시된 것처럼 외부 링(1)에 직접 끼워맞춤/고정될 수 있다. 위의 각 실시예의 경우처럼, 영구자석, 자성물질 등과 같은 기어가 각 인코더(13b, 26a, 26b)로 사용될 수 있고, 능동방식, 수동방식 등의 자기 센서가 각 센서(21a, 21b, 15b)로 사용될 수 있고, 하중을 계산하기 위한 계산기가 롤링베어링 유닛에 제공되거나 롤링베어링 유닛과 별도로 제공될 수 있다.
[제10 실시예]
도 31은 본 발명의 제10 실시예를 도시한다. 상술한 것처럼, 롤링 엘리먼트가 지나가는 것을 직접 감지하여 선회속도 인코더가 생략된다면, 비용절감이 가능하다. 본 실시예는 이러한 구조를 구현하기 위한 것이다.
본 실시예의 경우, 각 선회속도 센서(21a, 21b)는 롤링 엘리먼트(9a, 9b)에 각각 마주보도록 제공되는 자기감지 엘리먼트(41), 및 자기감지 엘리먼트(41) 사이에 놓여지고 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 반대측에 각각 제공되는 영구자석(42)을 구비한다. 이 롤링 엘리먼트(9a, 9b)는 베어링 스틸 등과 같은 자성물질로 제조된다.
이러한 구조를 갖는 본 실시예의 경우, 자기감지 엘리먼트(41)를 통과하는 자속의 양은 롤리 엘리먼트(9a, 9b)가 자기감지 엘리먼트(41) 근처를 지나가는 순간 증가되고, 반면 자기감지 엘리먼트(41)를 통과하는 자속의 양은 롤링 엘리먼트(9a, 9b)가 자기감지 엘리먼트(41)로부터 멀리 떨어진 위치에 있는 동안에 감소된다. 또한, 자기감지 엘리먼트(41)의 특성이 자속의 양의 변화에 근거하여 변하기 때문에, 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도는 특성변화 주기(또는, 진동수)를 측정함으로써 측정될 수 있다.
이 경우, 롤링 엘리먼트(9a, 9b)가 세라믹 등과 같은 비자성물질로 제조될 때, 자기감지 엘리먼트(41)를 통과하는 자속밀도는 세라믹 등의 내부에 자성물질을 묻어놓은 표면에 자성물질을 도금함으로써 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 회전동작과 함께 변화될 수 있다.
또한, 도시된 예에서, 선회속도 센서(21a, 21b)는 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 열 사이에 배열된다. 그러나 선회속도 센서(21a, 21b)의 끼워맞춤 위치는 열 사이의 공간으로 제한되지는 않는다. 예를 들어, 선회속도 센서(21a, 21b)는 외부 링(1)의 양단부에 축방향으로 제공되어 양 측부로부터 롤링 엘리먼트(9a, 9b)를 축방향으로 놓을 수 있다.
이 경우, 허브(2)의 회전속도를 감지하는데 사용되는 회전속도 인코더(13a)와 회전속도 센서(15b)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 상술한 실시예들과 마찬가지로, 관련 기술분야에 공지된 다양한 구조가 사용될 수 있다.
[제11 실시예]
도 32 및 도 33은 본 발명의 제11 실시예를 도시한다. 본 실시예의 경우, 회전속도 센서(15b) 및 선회속도 센서(21a, 21b) 중 하나 이상이 수동 자기센서로 구성되기 때문에, 비용절감이 가능하다. 다시 말하면, 능동방식 자기센서가 하중측정장치를 구성하는 각 센서(15b, 21a, 21b)로 사용되는 경우, 이러한 구조는 회전속도 및 하중이 저속에서 고속까지 안정되게 측정될 수 있다는 점에서 유리하지만, 자기센서의 비용이 약간 증가한다는 문제가 남는다. 그러므로, 본 실시예의 경우, 각 센서(15b, 21a, 21b) 중 적어도 하나의 센서로서, 자성물질로 제조된 요크(43) 주위에 코일(44)을 감아 구성된 수동방식 자기센서(고정자 또는 극성 부품과 동일한 의미)를 사용함으로써 비용절감이 가능하다.
각 센서(15b, 21a, 21b) 중에서 수동방식 자기센서로서 도 32에 도시된 선회속도 센서(21a, 21b)가 선택되거나 도 33에 도시된 회전속도 센서(15b)가 선택될 수 있다. 회전속도 센서(15b)는 도 32에 도시된 구조에서 능동방식 자기센서로 형성된 반면, 한 쌍의 선회속도 센서(21a, 21b)는 도 33에 도시된 구조에서 능동방식 자기센서로 형성된다. 이 경우, 수동방식 자기센서와 인코더의 결합에서, 인코더가 영구자석으로 형성될 때 영구자석은 센서 측에 제공되지 않는다. 대조적으로, 영구자석이 센서 측에 제공될 때, 인코더는 단지 자성물질로 제조되고(영구자석이 아님) 자기 특성은 원주방향을 따라서 동일한 간격으로 교대로 변한다. 이 경우, 수동방식 자기센서의 구조는 특별히 제한되지 않으며 막대형, 링형 등과 같은 관련기술분야에 공지된 다양한 구조가 사용될 수 있다. 또한, 요구되는 성능에 따라서 도 32에 도시된 선회속도 센서(21a, 21b)가 수동방식 자기센서로 선택되거나 도 33에 도시된 회전속도 센서(15b)가 수동방식 자기센서로 사용되도록 선택된다.
예를 들어, 축방향 하중의 감소를 주로 고려하는 경우, 도 32에 도시된 선회속도 센서(21a, 21b)는 수동방식 자기센서로 구성되는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 고속주행 동안의 경로변경 등과 같이 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도가 높을 때 축방향 하중이 생기기 때문에, 많은 경우 저속주행동안 출력전압이 낮은 수동방식 자기센서가 선회속도 센서(21a, 21b)로 사용되더라도 실제 사용에서 문제가 발생하지 않는다.
반대로, 선회속도 센서(21a, 21b)의 설치공간이 제한되는 경우, 예를 들어 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 열 사이의 간격이 좁은 경우, 상기 센서는 도 33에 도시된 것처럼 작은 크기로 선회속도 센서(21a, 21b)를 구성할 수 있는 능동방식 자기센서로 형성되고, 반면 설치공간에 여유가 있는 회전속도 센서(15b)는 수동방식 링 형 자기센서로 구성된다. 다른 구조 및 작동은 상술한 실시예와 유사하다.
[제12 실시예]
도 34 내지 도 36은 본 발명의 제12 실시예를 도시한다. 본 실시예의 경우, 선회속도 센서(21a, 21b) 및 회전속도 센서(15b) 중에서 적어도 하나의 센서가 리졸버(resolver)로 구성된다. 리졸버는 리테이너(22a, 22b), 허브(2) 등의 부재에 고정되어 회전속도를 감지하는 회전자(45), 및 회전자(45) 둘레로 회전자(45)와 동일한 중심을 갖도록 배열된 상태에서 고정된 외부 링(1)에 직접 또는 커버(14)를 경유하여 끼워맞춤/고정된 고정자(46)로 구성된다. 회전자(45)는 편심 회전자로 구성될 수 있다. 이 경우, 이러한 회전자가 타원, 삼각 주먹밥 등 점대칭 형상을 갖는 회전자로 구성된다면, 회전 불균형이 감소될 뿐 아니라 회전당 펄스 수가 증가할 수 있으므로 바람직하다.
상술한 것처럼, 능동방식 자기센서가 속도센서로 사용된다면, 선회속도는 저속 범위까지 정밀하게 측정될 수 있으며, 그럼에도 불구하고 인코더의 1회전당 자기센서 출력의 변화 횟수는 감소되고 따라서 속도감지 해상력이 항상 향상되지는 않는다. 대조적으로, 리졸버가 속도센서로 사용되는 경우, 회전자(45)의 1회전당 출력 변화 횟수(펄스 수)는 능동방식 자기센서보다 증가할 수 있고, 속도감지 해상도는 향상되고, 하중계산 신뢰도는 더 좋아질 수 있다. 또한, 리졸버 본체가 코일과 코어(고정자)만으로 구성되므로, 구조가 단순해지고 신뢰도가 쉽게 보장될 수 있다. 이 경우, 리졸버의 감지신호는 R/D 컨버터에 입력되고, 이후 속도에 비례하 는 진동수에서 변하는 펄스 신호로 출력된다.
선회속도 센서(21a, 21b)와 회전속도 센서(15b) 중에서 어느 것이 리졸버로 구성될지는 요구되는 성능에 따라 적절하게 선택한다. 도 34에 도시된 구조에서, 각 열의 롤링 엘리먼트(9a, 9b)의 선회속도를 감지하기 위해서, 한 쌍의 리테이너(22a, 22b)의 회전속도가 리졸버에 의해 감지되고 또한 허브(2)의 회전속도가 자기센서에 의해 감지된다. 또한, 도 35에 도시된 구조에서, 허브(2)의 회전속도는 리졸버에 의해 감지되고 또한 한 쌍의 리테이너(22a, 22b)의 회전속도는 자기센서에 의해 감지된다. 또한, 도 36에 도시된 구조에서, 한 쌍의 리테이너(22a, 22b)의 회전속도와 허브(2)의 회전속도는 리졸버에 의해 감지된다. 리졸버와 자기센서의 구조 및 그 끼워맞춤 위치는 도시된 것으로 제한되지 경우와, 회전자 및 인코더에 다양한 재질이 사용되는 경우는 상술한 실시예의 경우와 유사하다.
[제13 실시예]
이 경우, 상술한 설명으로부터 명확하듯이, 롤링베어링 유닛에 가해진 축방향 하중은 허브의 회전속도의 변화에 무관하게 2열의 롤링 엘리먼트의 선회속도의 비에 근거하여 계산될 수 있다. 이 경우, 2열의 선회속도 부분만이 계산되기 때문에, 허브의 회전속도는 하중 계산에 필요하지 않다. 대조적으로, 허브의 회전속도가 2열의 롤링 엘리먼트의 선회속도로부터 계산될 수 있기 때문에, ABS 또는 TCS를 제어하는데 필요한 허브의 회전속도를 감지하기 위한 센서가 생략될 수 있다. 보다 구체적으로, 2열의 롤링 엘리먼트의 선회속도의 평균값이 허브의 회전속도로 사 용된다면, 실제 사용시 ABS 또는 TCS를 제어하는데 충분한 정밀도를 보장할 수 있다. 이 경우, 축방향 하중의 작용은 2열의 롤링 엘리먼트의 선회속도를 변경시키는 인자로서 고려될 수 있다. 이러한 경우, 2열의 롤링 엘리먼트의 선회속도의 평균값이 축방향 하중에 의해 그리 영향을 받지 않기 때문에, 회전속도의 측정 정밀도는 실제 사용에서 문제를 일으킬 정도로는 절대 떨어지지 않는다. 이는 상술한 것처럼, 한 열의 선회속도가 축방향 하중에 의해 증가하더라도 다른 열의 선회속도가 더 작은 방향을 향해서 변하기 때문이다. 2열의 선회속도는 또한 반경방향 하중에 의해 변하지만, 이러한 변화는 축방향 하중의 영향에 비교할 때 작다. 그러므로, 몇몇 경우 이러한 변화는 ABS 또는 TCS를 제어하는데 필요한 정밀도에 따라서 무시될 수 있다.
본 발명이 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 다양한 변화 및 변경이 만들어질 수 있음은 당업자에게 자명하다.
본 출원은 그 내용이 본 명세서에 참조로서 병합된, 2003년 5월 22일에 출원된 일본특허출원 제2003-171715호, 2003년 6월 17일에 출원된 일본특허출원 제2003-172483호 및 2004년 1월 15일에 출원된 일본특허출원 제2004-007655호에 근거한 것이다.

Claims (42)

  1. 2열의 이동경로를 갖는 고정 링;
    상기 고정 링과 동일한 중심을 갖도록 배열되고, 상기 고정 링의 이동경로를 마주보도록 각각 형성되는 2열의 이동경로를 갖는 회전 링;
    상기 고정 링과 상기 회전 링의 이동경로 사이에 회전 가능하게 제공되고, 서로 마주보는 상기 고정 링과 상기 회전 링에 형성된 한 쌍의 이동경로와 서로 마주보는 상기 고정 링과 상기 회전 링에 형성된 다른 쌍의 이동경로 사이에서 접촉각이 서로 반대 방향을 향하는 다수의 롤링 엘리먼트;
    2열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도를 감지하기 위한 한 쌍의 선회속도 센서; 및
    상기 선회속도 센서로부터 공급된 감지신호에 근거하여 상기 고정 링과 상기 회전 링 사이에 가해진 하중을 계산하는 계산기;를 포함하며,
    상기 한쌍의 선회속도센서 중 하나는 상기 2열 중 한 열에서의 롤링 엘리먼트의 선회속도를 감지하고, 상기 한쌍의 선회속도 센서 중 다른 하나는 상기 2열 중 다른 한 열에서의 롤링 엘리먼트의 선회속도를 감지하는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전 링의 회전속도를 감지하기 위한 회전속도 센서를 더 포함하는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  3. 삭제
  4. 제 2항에 있어서, 상기 한 쌍의 선회속도 센서 및 상기 회전속도 센서 중 하나 이상은 리졸버(resolver)인, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 선회속도 센서와 상기 회전속도 센서는 상기 한 쌍의 선회속도 센서와 상기 회전속도 사이에 1열의 롤링 엘리먼트를 두도록 상기 고정 링의 축방향으로 간격을 두고 제공되는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  6. 삭제
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 선회속도 센서 및 상기 회전속도 센서는 상기 롤링 엘리먼트의 한 쌍의 열 사이에서 상기 고정 링에 고정된 단일 센서 유닛의 상단부에 끼워맞춤되고, 상기 회전속도 센서의 끼워맞춤 위치는 상기 고정 링의 지름방향으로 상기 선회속도 센서보다 회전 링 측으로 더 가깝게 벗어나는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 회전 링의 회전속도에 근거하여 수행되는 제어가 상기 선회속도 센서 중 적어도 하나의 선회속도의 감지신호에 근거하여 추정된 상기 회전 링의 회전속도에 근거하여 수행되는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 한 쌍의 선회속도 센서의 감지신호에 근거하여 계산된 상기 2열의 롤링 엘리먼트의 선회속도의 평균값은 상기 회전 링의 회전속도의 추정값으로 사용되는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  12. 삭제
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 계산기는 한 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도 및 다른 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도의 합에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 반경방향 하중을 계산하는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 회전 링의 회전속도를 감지하기 위한 회전속도 센서를 더 포함하고,
    상기 계산기는 상기 회전속도 센서로부터 공급된 감지신호와 상기 선회속도 센서로부터 공급된 감지신호에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 반경방향 하중을 계산하는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 계산기는,
    (a) 한 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도 및 (b) 다른 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도의 합; 및
    상기 회전 링의 회전속도;의 비율에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 반경방향 하중을 계산하는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 계산기는,
    (a) 한 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도 및 (b) 다른 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도의 곱; 및
    상기 회전 링의 회전속도의 제곱;의 비율에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 반경방향 하중을 계산하는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  17. 삭제
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 계산기는 한 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도 및 다른 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도의 비율에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 축방향 하중을 계산하는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 계산기는 한 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도 및 다른 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도의 차에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 반경방향 하중을 계산하는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  20. 제 1항에 있어서,
    상기 회전 링의 회전속도를 감지하기 위한 회전속도 센서를 더 포함하고,
    상기 계산기는 상기 회전속도 센서로부터 공급된 감지신호 및 상기 선회속도 센서로부터 공급된 감지신호에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 축방향 하중을 계산하는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 계산기는,
    (a) 한 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도 및 (b) 다른 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도의 차; 및
    상기 회전 링의 회전속도;의 비율에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 축방향 하중을 계산하는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  22. 제 1항에 있어서,
    상기 계산기는 한 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도를 나타내는 신호 및 다른 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도를 나타내는 신호를 합성하여 구해진 합성신호에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 상기 축방향 하중을 계산하는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 계산기는 상기 합성신호의 너울(swell)의 주기 및 진동수 중 하나에 근거하여 상기 축방향 하중을 계산하는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  24. 제 22항에 있어서,
    상기 회전 링의 회전속도를 감지하는 회전속도 센서를 더 포함하고,
    상기 계산기는 상기 합성신호의 너울의 주기 및 진동수 및 상기 회전 링의 회전속도의 비에 근거하여 상기 축방향 하중을 계산하는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 제 1항에 있어서,
    상기 2열의 롤링 엘리먼트의 선회속도는 각 롤링 엘리먼트를 고정하는 리테이너의 회전속도로서 측정되는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 제 1항에 있어서,
    각 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도를 계산하는 도중에 계산되는 각 열의 상기 롤링 엘리먼트의 접촉각을 정상값과 비교하는 비교기를 더 포함하고,
    상기 비교기가 상기 접촉각이 정상범위를 벗어난다고 판단할 때 알람이 발생하는, 롤링베어링 유닛을 위한 하중측정장치.
  34. 2열의 이동경로를 갖는 고정 링;
    상기 고정 링과 동일한 중심을 갖도록 배열되고, 상기 고정 링의 이동경로와 마주뵤도록 각각 형성된 2열의 이동경로를 갖는 회전 링;
    상기 고정 링 및 상기 회전 링의 이동경로 사이에 회전 가능하게 제공되고, 그 접촉각이 서로 마주보는 상기 고정 링과 상기 회전 링에 형성된 한 쌍의 이동경로 및 서로 마주보는 상기 고정 링과 상기 회전 링에 형성된 다른 쌍의 이동경로 사이에 서로 반대 방향을 항하도록 형성된 다수의 롤링 엘리먼트; 및
    상기 2열의 롤링 엘리먼트의 선회속도를 감지하기 위한 한 쌍의 선회속도 센서;를 포함하며,
    상기 한쌍의 선회속도센서 중 하나는 상기 2열 중 한 열에서의 롤링 엘리먼트의 선회속도를 감지하고, 상기 한쌍의 선회속도 센서 중 다른 하나는 상기 2열 중 다른 한 열에서의 롤링 엘리먼트의 선회속도를 감지하는, 하중 측정용 롤링베어링 유닛.
  35. 삭제
  36. 제 34항에 있어서,
    상기 선회속도 센서로부터 공급된 감지신호에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 하중을 계산하기 위한 계산기를 더 포함하는, 하중 측정용 롤링베어링 유닛.
  37. 제 34항에 있어서,
    상기 회전 링의 회전속도를 감지하기 위한 회전속도 센서를 더 포함하는, 하중 측정용 롤링베어링 유닛.
  38. 제 37항에 있어서,
    상기 선회속도 센서로부터 공급된 감지신호 및 상기 회전속도 센서로부터 공급된 감지신호에 근거하여 상기 고정 링 및 상기 회전 링 사이에 가해진 하중을 계산하기 위한 계산기를 더 포함하는, 하중 측정용 롤링베어링 유닛.
  39. 삭제
  40. 삭제
  41. 제 34항에 있어서,
    각 열의 상기 롤링 엘리먼트의 선회속도를 계산하는 동안 상기 계산기에 의해 계산된 각 열의 상기 롤링 엘리먼트의 접촉각을 정상값과 비교하는 비교기를 더 포함하고,
    상기 비교기가 상기 접촉각이 정상범위를 벗어났다고 판단할 때 알람이 발생하는, 하중 측정용 롤링베어링 유닛.
  42. 삭제
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