KR20080100289A - 오일 배스 인코더 시일 - Google Patents

Abstract

오일 윤활식 회전 허브(14) 및 고정 스핀들(12) 어셈블리는 허브(14)와 스핀들(12) 사이에 동적 시일 경계면을 형성하기 위한 오일 배스 시일(16, 16')을 포함하고 있다. 휠 속력 센서 어셈블리는, 오일 배스 시일(16, 16')과 일체로 된 인코더 링(56, 56')을 타깃으로 하는 가변 자기저항 센서(54)를 포함하고 있다. 인코더 링(56, 56')은 N극성과 S극성이 교번 배열되는 복수의 자기 극성화 섹터를 포함하는 영구 자석 타입으로 구성된다. 가변 자기저항 센서(54)와 결합한 인코더 링형 타깃(56, 56')을 사용함으로써, 인코더 링(56, 56')의 노출면(58, 58')과 VR 센서(54)의 헤드부 사이의 비교적 큰 공기 갭 상태에서 향상된 저속 감지를 가능케 한다. 또한, 인코더 링(56, 56')은 오일 배스 시일 캐리어(20, 20')에 적합한 저렴한 경량 재료를 사용할 수 있다.

허브, 스핀들, 가요성 시일 요소, 오일 배스 시일, 자기 극성화 섹터, 인코더 링, 톤 링, 정현파 전류, 가변 자기저항 센서

Description

오일 배스 인코더 시일{OIL BATH ENCODER SEAL}

본 발명은 일반적으로 일체형 오일 시일 및 속력 센서 형상부를 포함하는 차량의 휠 허브 어셈블리에 관한 것이다.

휠 어셈블리와 일체로 된 차량 속력 센서는 여러 유용한 용도를 가지고 있다. 속력 센서 어셈블리에 관한 한 공통의 사용법은 차량 안티-록 브레이크 시스템과 상호작동하는 것이다. 차량 제동 상태 동안에는, 속력 센서 어셈블리로부터의 펄스 전기 신호에 의해 발생된 속력 신호가 차량 속력의 하강에 반응하는 내장 컴퓨터에 전송된다. 휠 록업(lock-up) 상태가 예상되는 경우, 컴퓨터는 제동 시스템의 밸브를 제어하여 휠의 브레이크 어셈블리 내의 유체 압력을 변화시키거나 조정함에 따라, 바람직하지 못한 휠 록업 상태를 방지한다. 컴퓨터가 록업 상태는 더 이상 일어나지않는다고 판단할 때, 제동 압력이 정상 작동으로 복귀된다.

큰 트럭 및 상업용 차량의 경우에, 윤활 유체를 롤러 베어링 어셈블리의 내부에 담아 유지하도록 소위 오일 배스(oil bath) 시일을 회전 허브와 그 고정 스핀들 사이에 결합시키는 것이 일반적이다. 차량 속력 센서가 요구되는 이러한 적용처에 있어서, 속력 센서 어셈블리의 타깃 부분을 오일 배스 시일에 결합시키는 것이 알려져있다. 즉, 속력 센서 어셈블리에 대한 타깃 부분이, 허브와 함께 고정 스핀들을 중심으로 회전하는 오일 배스 시일의 부분에 장착된다. 감지 장치의 고정 부분, 즉 센서 그 자체는 허브가 회전함에 따라 전기 펄스가 생성될 수 있도록 속력 센서 어셈블리의 타깃에 아주 근접하게 향하게 된 다음, 그 전기 펄스가 차량 속력으로 변환된다.

종래 기술에 따라, 차량 휠 시스템에 사용되는 속력 센서 어셈블리는 두 개의 일반 카테고리, 즉 가변 자기저항 및 유도 타입 센서 시스템으로 분류된다. 가변 자기저항 센서는 액추에이터의 역할을 하는 철의 타깃을 향하여 코일을 통해 자기장을 방출하는 수동 소자(passive device)이다. 액추에이터 타깃이 이동함에 따라, 그 타깃의 기어 톱니, 블레이드 등의 형태의 불연속성이 코일의 전압을 일으키므로, 타깃의 속도에 비례하는 주파수와 전압을 갖는 전기 정현파 전류를 생성한다. 각각의 불연속성이 픽오프(pickoff) 코일을 지나감에 따라, 코일은 사이클이 반복되는 것과 같이 펄스 트레인 및 펄스를 생성한다. 가변 전기저항 타입 센서는 작동중에 생성되는 비교적 큰 전압 진폭에 종종 바람직하다.

유도 센서는 가변 자기저항 타입의 구성과 다소 유사하고 동일한 타입의 신호를 생성하지만, 그 유도 픽오프 코일이 내부의 영구 자석을 전혀 가지고 있지않다는 점에서 가변 자기저항 타입 센서와 구별된다. 그보다는, 유도 센서는 신호 펄스를 생성하기 위하여 회전 영구 자석과 같은, 외부 자기장 선속(fluxuation)에 의존한다. 회전 영구 자석은 종종 인코더 링으로 불리고, 인코더 링에 의해 생성되는 자기장 선속은 너무 약해서 충분한 신호 강도를 일으킬 수 없다고 평가되고있기 때문에, 구식 VR 센서와 함께는 절대 사용되지않고 있다.

차량의 휠 감지 적용장치에 사용되기 위해 두 가지 타입의 센서 어셈블리가 제안되고 있는 한편, 오일 배스 시일이 회전 허브 및 스핀들 어셈블리와 관련하여 사용되는 큰 트럭 또는 상업용 차량의 휠 감지 적용장치에서는 전형적으로 가변 자기저항(VR) 타입 센서 구성을 이용한다. 톤 링으로도 불리는, VR 시스템에 대한 타깃은 오일 배스 시일과 일체로 될 수 있다. 톤 링은 그 두꺼운 기어형 톱니, 또는 다르게는 무딘 톱니 모양의 링형 형상부로 특징지워진다. 이러한 타입의 적용처에 사용되는 가변 자기저항 센서의 일례를, 1995년 12월 19일에 등록되고 양수인에게 양도된 Hixon의 미국특허 제5,476,272호에서 확인할 수 있다.

가변 자기저항-타입 센서와 유도-타입 센서 간의 주요 차이점 때문에, 오일 배스 시일이 제거될 때의 보수관리 작업 동안, 그 대체물은 교체되고있는 부품과 동일한 수의 톱니 또는 무딘 톱니 모양의 돌기를 가지는, 가변 자기저항 센서를 위한 톤 링형 타깃을 포함하는 것이 요구된다. 톤 링형 타깃 설계는 비교적 낮은 내구성, 두께/무게 및 파편 축적과 부식에 대한 높은 민감성 때문에 다소 인기를 잃은 한편, 유도 타입 센서으로의 변경은 또한 그 유도 픽오프 코일을 유도-타입 센서 어셈블리에 사용되는 형태로 바꾸는 노력 및 부가 비용을 필요로 할 것이다.

따라서, 일단 가변 자기저항 타입 센서가 차량 내에 설치되면, 유도 타입 센서 어셈블리를 산업적으로 선호하게 될지라도 그 후의 보수관리 작업에는 계속 인기없는 구식 톤 링형 타깃을 필요로 한다.

본 발명은 회전 축선을 한정하는 스핀들을 포함하는 오일 윤활식 회전 허브 및 고정 스핀들 어셈블리를 포함하고 있다. 허브는 축선을 중심으로 회전하는 스핀들 상에 지지되어있다. 오일 배스 시일은 허브와 스핀들 사이에 동적 시일 경계면을 형성한다. 오일 배스 시일은 허브에 대해 고정된 금속 캐리어, 및 허브와 스핀들 간의 상대 회전 동안 유체 불침투성 시일을 형성하기 위하여 캐리어로부터 뻗어있는 가요성 시일 요소를 포함하고 있다. 환형의 인코더 링이 캐리어 상에 배치되어 축선에 대해 동심적으로 위치되어있다. 인코더 링은 N극성과 S극성이 교번 배열되는 복수의 자기 극성화 섹터(magnetically polarized sector)를 포함하는 노출면을 가지고 있다. 극성화 섹터를 향해 자기장을 방출하여 극성화 섹터의 이동에 응하여 정현파 전류를 생성하기 위하여 가변 자기저항 센서가 인코더 링에 근접하에 배치되어있다. 정현파 전류는 허브의 회전 속도에 비례하는 주파수를 가지고 있다.

따라서, 바람직하게는 본 발명은, 유도 센서 타입 어셈블리에 사용되고, 종래 기술의 톤 링형 타깃에 비해 낮은 비용, 소형 크기, 경량 및 내구성으로 인해 사용하기 유리한 인코더 링형 타깃을 이용한다. 하지만, 본 발명의 인코더 링에 사용된 센서는, 종래 기술에 따라, 이미 두꺼운 톤 링형 타깃과 관련하여서만 사용되고 있는 가변 자기저항(VR) 타입 센서이다. 그에 따라, 본 발명은 차량 속력을 산출하는 데에 사용되는 신호를 생성하도록 인코더 링형 타깃을 가변 자기저항 타입 센서와 결합한다. 이러한 독창적인 접근법에 의해, 오일 배스 시일이 차량에서 교체될 때, 서비스 작업자가 구식의 톤 링형 타깃을 바람직한 신식의 인코더 링형 타깃으로 교체하도록 한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따라, 오일 배스 시일이 회전 허브와 고정 스핀들 사이에 동적 시일 경계면을 형성하기 위한 타입으로 제공되어있다. 오일 배스 시일은 탄소강 플랜지를 포함하는 금속 캐리어를 포함하고 있다. 마모 슬리브 또는 본질적으로 스핀들과 같은 마주하는 표면에 대해 유체 불침투성 시일을 형성하기 위하여 가요성 시일 요소가 캐리어에 견고하게 접합되어있다. 환형의 인코더 링이 축선에 대해 동심적으로 플랜지에 고정되어있다. 인코더 링은 N극과 S극이 교번 배열되는 복수의 자기 극성화 섹터를 포함하는 노출면을 가지고 있다. 탄소강 플랜지는 인코더 링을 축선에 대해 동심 상태로 플랜지 상에 위치시키기 위한 파일럿 형상부를 포함하고 있다. 따라서, 본 발명의 오일 배스 시일은 파일럿 형상부가 인코더 링을 정확한 동심 상태로 신속히 위치시키고 배치하게 하는 점에서, 보다 신속하게 생산될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따라, 오일 배스 시일을 교체하는 방법은 고정 스핀들을 제공하는 단계; 스핀들상에서 회전가능하게 지지되는 허브를 제공하는 단계; 가변 자기저항 센서에 대한 일체형 톤 링형 타깃을 가지고 있는 오일 배스 시일을 허브와 스핀들 사이의 틈 공간에 제공하는 단계; 사용된 오일 배스 시일을 제거하는 단계; 및 N극성과 S극성이 교번 배열되는 복수의 자기 극성화 섹터를 포함하는 인코더 링형 타깃을 가지고 있는 새로운 오일 배스 시일을 허브와 스핀들 사이의 틈 공간에 설치하는 단계를 포함하고 있다. 본 발명의 방법에 따라, 바람직한 인코더 링형 타깃을 가지고 있는 새로운 오일 배스 시일 어셈블리가 구식의 톤 링형 타깃에 대한 대체물로 사용된다. 타깃의 양식이, 종래 기술에 따라, 오직 유도 타입 센서와 함께 사용되고 있는 양식으로 변한다 할지라도 구식의 톤 링과 관련된 가변 자기저항 센서가 재이용될 수 있다.

본 발명의 여러 특징 및 이점이 이하의 상세한 설명과 첨부된 도면을 참조할 때 보다 잘 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 오일 윤활식 회전 허브 및 고정 스핀들 어셈블리를 일부분 나타내는 개략 횡단면도;

도 2는 본 발명에 따른 오일 배스 시일 어셈블리의 횡단면도;

도 3은 오일 배스 시일 어셈블리에 관한 또 다른 구성의 횡단면도;

도 4는 캐리어의 탄소강 플랜지 상에 배치된 것으로서, 인코더 링을 구성하는 자기 극성화 섹터를 일부분 도시하는 사시도;

도 5는 도 4의 경우와 같지만, 인접한 극성화 섹터 사이에 그루브가 형성되어있는 본 발명의 또 다른 실시예를 일부분 나타내고 있는 사시도; 및

도 6은 도 5의 경우와 같지만, 그루브가 각각의 자기 극성화 섹터 내에서 중심으로 형성되어있는 또 다른 구성을 일부분 나타내고 있는 사시도.

동일한 참조번호가 여러 도면에 걸쳐 동일하거나 대응하는 부분을 나타내는 도면을 참조하면, 간략 횡단면도의 오일 윤활식 회전 허브 및 고정 스핀들 어셈블리가 대체로 참조번호 10으로 도시되어있다. 트럭의 액슬-휠 타입으로 구성될 수 있는 어셈블리(10)는 대체로 참조번호 12로 표시된 고정 액슬 즉 스핀들, 및 대체 로 참조번호 14로 표시된 회전 휠 허브를 포함하고 있다. 허브(14)는 중심축(A)을 중심으로 회전하기 위해 스핀들(12) 상에 지지되어있다. 도 1에서, 중심축(A) 위에 어셈블리(10)의 절반만이 도시되어있지만, 하부 절반이 좌우대칭상인 것을 알 수 있다.

대체로 참조부호 16으로 표시된 오일 배스 시일은 허브(14)와 스핀들(12) 사이에서 동적 시일 경계면을 형성한다. 전형적인 배열구성에서, 오일 또는 다른 윤활 유체가 도 1에서 보이는 것과 같이 오일 배스 시일(16)의 좌측에서 허브(14)와 스핀들(12) 사이의 틈새 공간 내에 포함될 것인 반면, 오일 배스 시일(16)의 우측은 대기에 노출될 것이다. 테이퍼형 롤러 베어링 어셈블리(18)가 스핀들(12) 상에서 허브(14)를 위한 회전 지지부를 제공한다. 롤러 베어링 어셈블리(18)가 오일 배스 시일(16)의 오일 측에 포함되어, 작동 동안 연속의 윤활을 제공받는다. 부가의 테이퍼형 롤러 베어링 어셈블리(18)가 안정성을 더하기 위해 제공될 수 있다.

도 2를 참조하면, 바람직하게는 탄소강 재료로 제조되어 형성된 금속 케이스 즉 캐리어(20)를 포함하는 오일 배스 시일(16)이 보다 상세하게 도시되어있다. 캐리어(20)는 허브와 함께 스핀들(12) 및 그 축선(A)을 중심으로 회전하도록 허브(14)에 대하여 고정된다. 이러한 고정은 캐리어(20)의 원통형 외벽 영역(22)을 허브(14)의 대응하는 형상의 암 형상부 내에 압입함으로써 이루어진다.

유체 밀폐 시일을 완전하게 하기 위해 그리고 허브(14) 내에서의 보유를 강화시키기 위해 외벽(22)에 플로우-온-개스킷(flow-on-gasket)(24)이 붙여질 수 있다. 원통형 내벽(26)이 엘보우 형상부(28)를 통해 외벽(22)에 일체로 연결되어있 다. 캐리어(20)는 내벽(26)으로부터 뻗어있는 반경방향으로 뻗은 선반(30)을 더 포함하고 있다. 외벽(22)으로부터 반경방향 외측으로 뻗은, 선반(30)의 맞은 편에 있는 것은 플랜지(32)이다.

오일 배스 시일(16)은 허브(14)와 스핀들(12) 간의 상대 회전 동안 유체 불침투성 시일을 이루기 위해 캐리어(20)로부터 뻗어있는 가요성 시일 요소를 더 포함하고 있다. 가요성 시일 요소는 여러 형태를 갖출 수 있다. 도 2에서, 가요성 시일 요소는 선반(30)에 접착되어있는 접착식 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 타입 시일(34)로 도시되어있다. 이러한 주지의 유체역학식 시일(34)은 오일 배스 시일 적용처에 있어서 긴 사용기간을 제공한다. 접착식 PTFE 시일(34)에 더하여, 가요성 시일 요소는 내부 방사 더스트 립(36)과 외부 방사 더스트 립(38), 다소 반경방향으로 뻗은 축선방향의 제1 더스트 립(40)과 다소 반경방향으로 뻗은 축선방향의 제2 더스트 립(42)을 더 포함할 수도 있다. 이러한 더스트 립 시일(36~42)의 전부는 회전 허브(14) 내부의 오일과 외부 공기 사이의 완전한 분리를 유지하도록 동적 시일 경계면에 도움이 된다. 바람직하게는, 더스트 립(36~42)은 오버몰딩 작업시 선반(30)에 PTFE 시일(34)을 접착하는 작업과 동시에 형성된다. 따라서, PTFE 시일(34)을 선반(30)에 접착하는데에 사용되는 특정한 엘라스토머 방식이 여러 동적 더스트 립(36~42)을 만들기에 적절할 수 있고, 또는 다르게는 PTFE 시일(34)에 대하여 우수한 점착력을 얻는 데에 임의의 중간 접착제가 필수적일 수 있다.

바람직한 실시예의 오일 배스 시일(16)은 캐리어(20)에 포개어지는 마모 슬 리브(44)를 또한 포함하고 있다. 마모 슬리브(44)에는 축선(A)에 대해 동심적으로 배치된 환형 러닝면(running surface)(46)이 제공되어있다. 시일 요소의 여러 시일 및 립 형상부가 허브(14)의 회전 동안 러닝면(46)과 동적 맞닿음 상태로 유지된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 러닝면(46)은 PTFE 시일(34)과 더스트 립(36~42)이 접하여 맞닿는 반경방향 및 축방향 맞닿음면 모두를 제공하도록 윤곽을 이루어, 그에 따라 공기 측으로부터의 먼지 침투뿐만 아니라 오일 배스 시일(16)의 공기 측으로의 오일 전이에 대한 배리어를 만든다. 축방향 트러스트 패드(48)는 러닝면(46)이 접하여 맞닿는 이격된 범퍼를 제공하도록 오버몰딩 작업과 동시에 캐리어(20) 상에 형성될 수 있어서, 그에 의해 마모 슬리브(44)에 대한 모든 시일 요소 형상부의 오정렬 및 축방향 더스트 립(40~42)의 과압축을 방지한다. 마모 슬리브(44)의 내경은 고정 스핀들(12)과의 유체 불투입성 맞닿음을 완전하게 하도록 엘라스토머 형성물(50)로 오버몰딩될 수 있다.

마모 슬리브(44)는 선택가능한 형상부이지만, 오일 배스 시일(16)에 관한 몇몇 적용예로서 여러 가요성 시일 요소와 시일 접촉을 이루는, 스핀들(12)의 일체 부분인 형상부를 채용할 수도 있다. 하지만, 도 1 및 2에 도시된 예에서, 오일 배스 시일(16)에는, 바람직하게는 마모 슬리브(44)가 오일 배스 시일(16)에 영구적으로 결합되는 것을 의미하는 단위화된 종류로 구성되는 일체형 마모 슬리브(44)가 제공되어있다. 이러한 단위화 효과(unitizing effect)는 마모 슬리브(44)가 캐리어(20)로부터 분리되는 것을 방지하는 키퍼(52)에 의해 성취된다. 이 실시예에서, 키퍼(52)는 캐리어(20)가 러닝면(46) 상에 적절하게 안착된 후에, 그 끝이 적소에 서 마모 슬리브(44)의 오일 측으로 당겨진 문자 L형 링을 포함하고 있다.

오일 배스 시일(16)은 휠 속력 센서 어셈블리와 상호작용하도록 구성되고, 예를 들면 휠 속력을 감지하거나 검출하기 위해 사용될 수 있다. 도 1을 다시 참조하면, 휠 속력 센서 어셈블리는 가변 자기저항(VR) 타입의 고정식 센서(54)를 포함하는 것으로 도시되어있다. VR 센서(54)는 스핀들(12)에 의해 지지된 도시되지않은 장착 구조물에 주지의 방식으로 붙여지고, 결국 VR 센서(54)가 고정 장착된다. VR 센서(54)는 내부 코일을 통해 자기장을 방출하는 전형적인 스트레인기반 종류로 구성된다. 자기장의 선속을 통해 코일 내에 교류가 발생한다.

종래 기술의 구성에서, 톤 링 타입 타깃의 톱니는 코일 내에 전압을 일으킴에 따라, 전기 정현파 전류를 생성한다. 하지만, 본 발명에서는, 보다 전통적인 톤 링 타입 타깃이, 유도 센서 시스템에서만 존재하는 인코더 링(56)으로 대용된다. 인코더 링(56)은, 캐리어(20) 상에 배치되고 축선(A)에 대해 동심적으로 위치된 환형 부재이다. 캐리어 플랜지(32)의 에지의 위에 걸리는 외부 립과 같은 적절한 안내 형상부를 사용함으로써, 또는 엘라스토머 오버몰딩 재료가 인코더 링(56)의 내경까지 뻗음으로써 인코더 링의 동심이 보장된다. 인코더 링(56)은 N극성과 S극성이 교번 배열되는 복수의 자기 극성화 섹터를 포함하는 노출면(58)을 가지고 있다. VR 센서(54)는 인코더 링(56)의 노출면(58)에 가깝게 위치되고, 자기장을 통해 극성화 섹터의 이동에 응하여 정현파 전류를 생성하도록 자기장을 극성화 섹터로 방출한다. 정현파 전류는 허브(14)의 회전 속도에 비례하는 주파수를 가질 것이다.

극성화 섹터는 도 4에 가장 잘 예시되어있고, 완전 면접촉(full surface-to- surface contact)한 상태로 플랜지(32) 상에 배치된 영구 자석의 연속 환형 스트립으로 형성되어있다. 인코더 링(56)은 도 2나 도 4에 도시된 바와 같이 플랜지(32)의 최외부 에지 위에 놓일 수 있다. 꼭 그렇지는 않지만 바람직하게는, 인코더 링(56)은 엘라스토머 기반 세라믹 자석 타입으로 구성되고, 그 일반적인 구조는 개스킷 및 이러한 자석의 다른 시트 타입 적용장치로부터 알려져 있다. 다르게는, 인코더 링(56)은 다음의 자기화 작업에서 자기 특성이 주어지는 상태로 오버몰딩 작업에서 형성될 수 있다. 플랜지(32)의 원주 둘레로, 인코더 링(56)은 여러 극성화 섹터로 나누어질 수 있고, 제공된 이러한 섹터의 수는 짝수이고 그 아치형 길이는 실질적으로 동일하다. 노출면(58)이 그 원주의 길이 둘레로 규칙적으로 N극성과 S극성이 교번 배열되어, 각각의 섹터는 인접한 섹터의 극성과 서로 다른, 노출면(58) 상에서의 N극성 또는 S극성을 나타낸다. 인코더 링(56)의 축선방향의 두께는, 보이지는 않지만, 인코더 링(56)의 후방을 향하여 각각의 섹터 내에서의 극성 반전을 나타내는 중앙선(60)으로 구분될 수 있다.

이러한 인코더 링(56)의 자기 강도는 상당히 약하기 때문에, VR 센서(54)에 의해 생성된 자기장 선속의 양은 대체로 너무 부족해서 검출될 수 없을 것이다. 하지만, 플랜지(32)가 탄소강 재료로 구성되고, 완전 면접촉하는 상태로 인코더 링(56)을 뒷받침하기 때문에, 인코더 링(56)에 의해 생성되어 인접한 전극 또는 섹터들 사이에서 순환(looping)하는 자기장의 강도는, VR 센서(54)가 자기장을 검출할 수 있고 자기장 불연속성에 의해 영향을 받을 수 있는 지점까지 실질적으로 높 아진다. 따라서, 전기 정현파 전류는 탄소강 플랜지(32)에 의한 완전 면 뒷받침으로부터 야기되는 강화된 인코더 링(56)의 자기장을 통해 생성된다. 그에 따라, 인코더 링이 탄소강 플랜지(32)로 뒷받침될 때, 인코더 링(56)의 자속 진폭에서의 이득을 얻는다.

도 5는 노출면(58)에 배치된 복수의 반경방향 그루브(62)를 포함하는 본 발명의 인코더 링(56)의 다른 실시예를 예시하고 있다. 한 그루브(62)가 극성화 섹터의 각각에 관련되고, 인접한 극성화 섹터 사이의 분리선을 따라 반경방향으로 뻗어있다. 그루브는 노출면(58)으로부터 측정되는 그루브의 축선방향 깊이를 가질 것이고, 그루브(62)의 깊이는 특정 적용처에 적합하도록 변경될 수 있지만, 바람직한 실시예에서, 그 깊이는 인코더 링(56)의 축선방향 두께의 2/3보다 작거나 같다. 그루브(62)는 허브(14)가 회전될 때 생성되는 전기 정현파 전류의 파형을 뚜렷하게 하도록(sharpen), 인코더 링(56)에 의해 야기된 자기장을 강화(accentuate)하는 효과를 가지고 있다. 따라서, 차량 휠 속력 센서 시스템에 사용하기 위해 보다 정확한 펄스가 발생할 수 있는 것이 가능하다.

도 6에서, 그루브(62')의 다른 실시예가 도시되어있다. 이 경우에서, 그루브(62')가 또 노출면(58)을 통해 반경방향으로 배치되어있지만, 인접한 극성화 섹터 사이의 분리선을 따라 놓이는 대신에, 각각의 그루브(62')가 각각의 극성화 섹터 내에서 중심으로 배치되어있어, 그에 따라 그 극성화 섹터를 두 개의 절반 섹터로 나눈다. 도 5에 도시된 경계선 그루브(62)와 같이, 섹터-이등분하는 그루브(62')는 인코더 링(56)에 의해 야기된 자기장을 강화하고, 그에 의해 감지 특성 을 향상시킨다.

도 3에서, 본 발명의 오일 배스 시일에 관한 다른 구성이 대체로 참조부호 16'으로 표시되어있다. 도 3과 관련하여, 다른 도면에 관련하여 전술된 바와 동일하거나 또는 대응하는 형상부들을 동일시하기 위해 프라임 부호가 사용되고 있다. 따라서, 도 3의 오일 배스 시일(16')은 플랜지(32')를 가지는 캐리어(20')를 포함하고 있고, 그 플랜지(32') 위에 인코더 링(56)이 접착제로 접착되어있다. 이 예에서, 인코더 링(56')은 도 2에 도시된, 위에 걸리는 외부 립 형상부를 포함하지않는다. 반대로, 인코더 링(56')의 위치 결정은 플랜지(32') 상에 형성된 파일럿(64')에 의해 이루어진다. 파일럿(64')은 별도의 형상부일 수 있고, 더스트 립(36'~42')과 일체로 성형될 수 있다. 위에 걸리는 외부 립의 대신에, 파일럿(64')이 인코더 링(56')의 내경에 상당하는 외경을 가지는 단독의 센터링 형상부의 역할을 하여서, 인코더 링(56')이 플랜지(32') 상에 쉽게 놓여 접착될 수 있다. 이러한 목적으로, 충분한 접착을 얻기 위해 접착제(66')가 사용될 수 있다. 예를 들면, 접착제(66')는 0.005~0.025인치 두께의 엘라스토머 박막을 포함하고 있고, 이 박막은 예자화될 수도 있고 되지않을 수도 있다. 이러한 대안의 실시예에서, 마모 슬리브(44')의 기립 부분 즉 반경방향 외측으로 뻗은 단부 플랜지(45)의 위에 걸리는 무접촉 보유 립(68')을 사용함으로써 유연한 단위화 구성이 달성된다. 유연한 가요성 단위화 보유 립(68')은 도 3에 예시된 립(68')을 밀어젖히고 나가게 되는 단부 플랜지(45)를 포획함으로써 이 실시예에서 키퍼의 역할을 하여, 그에 의해 도 2에 도시된 강성의 형성물을 제거한다.

도 3, 5 및 6에 도시된 다른 여러 구성이 서로 교체되고 그리고 도 2 및 4의 바람직한 실시예에 도시된 형상부와 교체될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 캐리어(20)와 마모 슬리브(44)의 다른 타입의 시일 배열구성 및 형성물이 의도되는 적용장치에 주로 따라서 실행될 수 있다.

VR 센서(54)를 위한 인코더 링(56)형 타깃의 특별한 이점이, 오일 배스 시일(16, 16')의 공기 측이 실질적으로 내부식성 재료로 싸이는 도 2 및 3에서 볼 수 있다. 이러한 일은, 오버몰딩된 엘라스토머에 의해, 노출된 탄소강 구성요소에 대해 실질적인 시일 완전성 및 보호를 제공하는 파일럿 형상부(64, 64')를 사용함으로써 향상된다. 또한, 인코더 링(56, 56')이, 기어 톱니 또는 무딘 톱니 모양의 돌기와 같은 분별가능한 불연속을 필요로 하였던 종래 기술의 톤 링보다 실질적으로 얇게 만들어질 수 있기 때문에, 캐리어(20, 20')가 실질적으로 얇고 비용이 덜 드는 재료로 만들어질 수 있다. 따라서, 캐리어(20, 20')의 공기 측의 노출 표면을 엘라스토머 오버몰딩으로 보호함으로써 그리고 내부식성 인코더 링(56)에 의해, 내부식성 코팅제 또는 페인트의 필요없이, 캐리어(20)를 형성하는 데에 얇고 저렴한 박판금이 사용될 수 있다. 본 발명의 인코더 링(56, 56')의 또 다른 이점은 이러한 타입의 타깃의 영구 자석 특성으로부터 초래된다. 구체적으로, 영구 자석 인코더 링(56, 56')은 오일 배스 시일(16, 16') 내에 빠져 가요성 시일 요소의 품질을 저하시킬 수도 있는 페라이트 입자를 끌어당길 것이다.

인코더 링(56, 56')과 VR 센서(54)를 결합한 본 발명의 또 다른 주요 이점은 최소 휠 속력, 및 비교적 큰 공기 갭에서 이용할 수 있는 전압 신호 성능을 증명하 는 능력에 있다. 예를 들면, 이하의 표에 예시된 바와 같이, VR 센서와 결합한 종래 기술의 톤 링에 의해 생성되는 전압 출력을 비교하도록 수행되는 시험이, 동일한 VR 센서(54)와 함께 사용되는 본 발명의 인코더 링(56, 56')과 대조하여 실행되었다. 30, 50 및 100rpm의 휠 속력에서 시험이 수행되었고, 각각의 휠 속력은 0.01, 0.02 및 0.03인치의 공기 갭 (즉, VR 센서(54)와 노출면(58, 58') 사이의 축선방향 간격)에서 측정되었다.

위에 도시된 바와 같이, 본 발명의 인코더 링(56, 56')에 의해 생성된 최대 전압이 작은 공기 갭에서 종래 기술의 톤 링에 의해 생성된 최대 전압보다 작지만, 본 발명의 인코더 링(56, 56')은 공기 갭이 증가함에 따라 전체 신호 손실이 적다는 것이 주목할만하다. 또한, 본 발명의 인코더 링(56, 56')은 큰 공기 갭에서의 낮은 휠 속력 상태에서 상당히 높은 전압 진폭을 유지함에 따라, 낮은 속력에서도 보다 정확한 속력 감지를 가능케 한다.

본 발명으로 미루어 보아 본 발명의 여러 수정과 변형이 가능함은 자명하다. 그러므로, 첨부된 청구항의 범위 내에서, 본 발명은 상세히 설명된 바와 다른 방법으로 실시될 수 있음은 물론이다.

Claims (33)

1. 오일 윤활식 회전 허브 및 고정 스핀들 어셈블리에 있어서, 상기 어셈블리는,

   회전 축선을 한정하는 스핀들;

   상기 축선을 중심으로 회전하기 위해 상기 스핀들 상에 지지되어있는 허브;

   상기 허브에 대해 고정된 금속 캐리어, 및 상기 허브와 상기 스핀들 간의 상대 회전 동안 유체 불침투성 시일을 형성하기 위해 상기 캐리어로부터 뻗어있는 가요성 시일 요소를 포함하고 있는, 상기 허브와 상기 스핀들 사이에 동적 시일 경계면을 형성하기 위한 오일 배스 시일;

   상기 캐리어 상에 배치되고 상기 축선에 대해 동심적으로 위치되어있고, N극성과 S극성이 교번 배열되는 복수의 자기 극성화 섹터를 포함하는 노출면을 가지고 있는 환형의 인코더 링; 및

   상기 극성화 섹터를 향해 자기장을 방출하여서, 상기 허브의 회전 속도에 비례하는 주파수를 가지는 정현파 전류를 상기 극성화 섹터의 이동에 응하여 생성하기 위한, 상기 인코더 링에 근접하게 배치되는 가변 자기저항 센서를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 캐리어는 탄소강 플랜지를 포함하고 있고, 상기 인코더 링이 상기 플랜지와 완전 면 접촉하는 상태로 상기 플랜지 상에 배치되는 것 을 특징으로 하는 어셈블리.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 캐리어는 탄소강 플랜지를 포함하고 있고, 상기 인코더 링은 접착제로 상기 플랜지에 접착되는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 인코더 링을 상기 축선에 대한 동심 상태로 상기 플랜지 상에 위치시키기 위한 파일럿을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
5. 제 1 항에 있어서, 마모 슬리브가 상기 캐리어에 대해 포개어지고, 상기 축선에 대해 동심적으로 배치된 환형의 러닝면을 가지고 있고, 상기 시일 요소가 상기 허브의 회전 동안 상기 러닝면과 동적 맞닿음 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 마모 슬리브가 상기 캐리어로부터 분리되는 것을 저지하기 위한 단위화 키퍼를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 키퍼는 강성을 가지고 상기 마모 슬리브로부터 뻗어있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 키퍼는 탄성을 가지고 상기 캐리어로부터 뻗어있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 캐리어는 본질적으로 탄소강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 인코더 링은 짝수의 자기 극성화 섹터를 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 인코더 링의 상기 노출면에 배치되어있는 복수의 그루브를 더 포함하고 있고, 상기 그루브의 각각은 상기 극성화 섹터의 하나에 관련되는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 그루브는 상기 축선에 대해 반경방향으로 뻗어있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 그루브는 인접한 극성화 섹터 사이에 배치되어있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
14. 제 11 항에 있어서, 상기 그루브는 상기 극성화 섹터의 각 섹터 내에 중심으 로 배치되어있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
15. 제 11 항에 있어서, 상기 인코더 링은 축선방향 두께를 가지고 있고, 상기 그루브의 각각은 상기 인코더 링의 축선방향 두께의 2/3보다 작거나 같은 축선방향 깊이를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
16. 회전 허브와 고정 스핀들 사이에 동적 시일 경계면을 형성하기 위한 타입의 오일 배스 시일에 있어서, 상기 시일은,

    탄소강 플랜지를 포함하는 금속 캐리어;

    마주하는 표면에 대해 유체 불침투성 시일을 형성하기 위하여 상기 캐리어에 견고히 접합되어있는 가요성 시일 요소; 및

    N극과 S극이 교번 배열되는 복수의 자기 극성화 섹터를 포함하는 노출면을 가지고 있고, 상기 스핀들의 축선에 대해 동심적으로 상기 플랜지에 고정되어있는 환형의 인코더 링;을 포함하고 있고,

    상기 플랜지가 상기 인코더 링을 상기 플랜지 상에서 상기 축선에 대한 동심 상태로 위치시키기 위한 파일럿을 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 배스 시일.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 캐리어가 탄소강 플랜지를 포함하고 있고, 상기 인코더 링이 상기 플랜지와 완전 면 접촉하는 상태로 상기 플랜지 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
18. 제 16 항에 있어서, 상기 캐리어가 탄소강 플랜지를 포함하고 있고, 상기 인코더 링이 접착제로 상기 플랜지에 접착되는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
19. 제 16 항에 있어서, 마모 슬리브가 상기 캐리어에 대해 포개어지고, 상기 축선에 대해 동심적으로 배치된 환형의 러닝면을 가지고 있고, 상기 시일 요소가 상기 허브의 회전 동안 상기 러닝면과 동적 맞닿음 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 마모 슬리브가 상기 캐리어로부터 분리되는 것을 저지하기 위한 단위화 키퍼를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 키퍼는 강성을 가지고 상기 마모 슬리브로부터 뻗어있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
22. 제 20 항에 있어서, 상기 키퍼는 탄성을 가지고 상기 캐리어로부터 뻗어있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
23. 제 16 항에 있어서, 상기 캐리어는 본질적으로 탄소강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
24. 제 23 항에 있어서, 상기 인코더 링은 짝수의 자기 극성화 섹터를 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
25. 제 23 항에 있어서, 상기 인코더 링의 상기 노출면에 배치되어있는 복수의 그루브를 더 포함하고 있고, 상기 그루브의 각각은 상기 극성화 섹터의 하나에 관련되는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
26. 제 25 항에 있어서, 상기 그루브는 상기 축선에 대해 반경방향으로 뻗어있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
27. 제 25 항에 있어서, 상기 그루브는 인접한 극성화 섹터 사이에 배치되어있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
28. 제 25 항에 있어서, 상기 그루브는 상기 극성화 섹터의 각 섹터 내에 중심으로 배치되어있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
29. 제 25 항에 있어서, 상기 인코더 링은 축선방향 두께를 가지고 있고, 상기 그루브의 각각은 상기 인코더 링의 축선방향 두께의 2/3보다 작거나 같은 축선방향 깊이를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
30. 오일 배스 시일을 교체하는 방법에 있어서, 상기 방법은,

    고정 스핀들을 제공하는 단계;

    상기 스핀들 상에서 회전가능하게 지지되는 허브를 제공하는 단계;

    일체형 톤 링 타깃을 가지는 사용된 오일 배스 시일을 허브와 스핀들 사이의 틈 공간으로부터 제거하는 단계; 및

    N극성과 S극성이 교번 배열되는 복수의 자기 극성화 섹터를 포함하는 인코더 링 타깃을 가지는 새로운 오일 배스 시일을 허브와 스핀들 사이의 틈 공간에 설치하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
31. 시일 어셈블리에 있어서,

    캐리어;

    상기 캐리어에 장착되어 반경방향 내측으로 뻗어있는 주 시일 요소;

    별도로 형성되어 상기 캐리어에 대해 회전가능하고, 둘레에서 상기 주 시일 요소가 맞닿는 대체로 원통형인 외부 시일면을 가지고 있는 마모 슬리브로서, 상기 마모 슬리브의 단부 플랜지가 상기 외부 시일면으로부터 반경방향 외측으로 돌출하는 마모 슬리브; 및

    상기 캐리어 상에 배치되어, 상기 주 시일 요소의 축선방향의 맞은편에 상기 플랜지 측에서 상기 마모 슬리브의 상기 단부 플랜지에 대해 반경방향으로 겹쳐치게 반경방향 내측으로 돌출하는 탄성을 가진 가요성 비금속 보유 형상부로서, 상기 마모 슬리브의 상기 플랜지가 상기 보유 형상부를 향한 방향으로 상기 캐리어로부터 축선방향으로 분리되는 것을 저지하도록 작용하는 보유 형상부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시일 어셈블리.
32. 제 31 항에 있어서, 상기 주 시일 요소는 엘라스토머 재료에 의해 상기 캐리어에 접착된 PTFE 요소를 포함하고 있고, 상기 보유 형상부는 상기 PTFE 요소를 상기 캐리어에 접착하는 데에 사용된 엘라스토머 재료와 동일한 엘라스토머 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 시일 어셈블리.
33. 제 32 항에 있어서, 상기 보유 형상부는 반경방향 립을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시일 어셈블리.

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