JP2006170625A - 回転センサ付き軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 外乱ノイズの影響を受け難く、かつ粉塵の環境下で使用された場合にも磁気エンコーダの損傷を受け難く、信頼性に優れた回転センサ付き軸受を提供する。
【解決手段】 転がり軸受５１と、回転センサ６Ａと、この回転センサ６Ａの出力をディジタル化するディジタル化手段とを備える。このディジタル化手段は、ワイヤレスセンサユニット４Ａに設けられる。回転センサ６Ａは、内方部材５４および外方部材５５のうちの回転側の部材５４に取付けられた磁気エンコーダ１７、およびこの磁気エンコーダ１７と対向して固定側の部材５５に取付けられた磁気センサ１８からなる。磁気エンコーダ１７は、円周方向に交互に磁極を形成した多極磁石１７ａと、この多極磁石１７ａを支持する芯金１７ｂとでなる。上記多極磁石１７ａは、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、各種機械設備の軸受や自動車における車輪用軸受等に用いられ、回転検出機能を有する回転センサ付き軸受に関する。

自動車や各種産業機械等において、軸受に回転センサを設けることで、機器の制御や状態管理等を行うことが提案されている。このようなセンサの出力は、一般的には有線で検出信号を送信するが、適切な配線場所が得難い場合がある。そのような場合に、検出信号を電磁波で送信するようにしたワイヤレスセンサシステムが用いられている。送信機は、小型電池を備えたものとされている。

また、一方で、回転センサにより車輪回転数を検出して車両の制動制御を行うＡＢＳ（Anti-lock Brake System）では、タイヤハウジング内でのセンサ電線の破損による事故の防止や組立コストの低減を図るために、車輪と車体と間のハーネスを無くし、回転センサとしてその検出信号を電磁波などとして送信するワイヤレス式のもの（例えば特許文献１）が提案されている。この種の回転センサの代表例では、多極の回転発電機を利用して、自己発電によるセンサ用電力および送信機用電力の供給と回転数検出を同時に行うことで、車体から回転センサへ電力供給を行うことなく、コンパクトに構成されている（例えば特許文献２）。

また、特許文献３はワイヤレス送信する回転センサ付き車輪用軸受において、自己診断回路を設けた発明であり、センサおよび無線送信機の電力供給が、回転センサを兼ねた発電機で行われることを前提としているが、ワイヤレス給電を行うことについても触れられている。
特許文献４にはセンサ信号をディジタル化して送信することが提案されている。電源としては、電池または発電機が用いられる。

また、車輪用軸受に用いられて車輪回転速度を検出する磁気エンコーダとして、円周方向に交互に磁極を形成した多極磁石と、この多極磁石を支持する芯金とを有し、前記多極磁石を、磁性粉と非金属磁性粉との混合粉を焼結させた焼結体としたものが提案されている（例えば特許文献５）。この磁性粉と非金属磁性粉との混合粉を焼結させた焼結体により多極磁石を形成したものは、安定したセンシングが行える磁力が確保でき、また従来のゴム磁石からなる多極磁石に比べて、表面硬度が硬く、塵埃の噛み込み等による損傷を生じ難いという利点がある。また、この混合粉の焼結体からなる多極磁石は、磁性粉のみを焼結させた多極磁石と比べると、強度的に優れ、他の各種の多極磁石と異なり、芯金への取付けが加締等で簡単に行えるという利点がある。
特開２００２−１５１０９０ 特開２００２−５５１１３ 特開２００３−１４６１９６号公報 特開２００３−５８９７６号公報 特開２００３−８５５３６号公報

従来の回転センサ付き軸受において、回転センサの出力は、アナログ信号として送信している。しかし、アナログ信号によると、外乱ノイズの影響を受け易く、システムの信頼性の面で、今一つ不十分である。特に、ワイヤレスで送信する場合に、上記外乱ノイズの
影響の問題が大きい。
また、従来のゴム磁石等を回転センサの磁気エンコーダに用いたものは、表面硬度が低いため、粉塵の環境下、例えば車輪用軸受に適用した場合の路面下等の石跳ね等が生じる環境下で使用した場合に、損傷を受け易く、今一つ信頼性に欠ける。

この発明の目的は、外乱ノイズの影響を受け難く、かつ粉塵の環境下で使用された場合にも磁気エンコーダの損傷を受け難く、信頼性に優れた回転センサ付き軸受を提供することである。

この発明の回転センサ付き軸受は、内方部材の外周および外方部材の内周にそれぞれ設けられた転走面の間に転動体を介在させた転がり軸受と、前記内方部材および外方部材のうちの回転側の部材に取付けられた磁気エンコーダ、およびこの磁気エンコーダと対向して固定側の部材に取付けられた磁気センサからなる回転センサと、前記固定側の部材に設けられて前記磁気センサの出力するセンサ信号をディジタル化するディジタル化手段とを備え、前記磁気エンコーダが、円周方向に交互に磁極を形成した多極磁石と、この多極磁石を支持する芯金とでなり、上記多極磁石が、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体であることを特徴とする。

この構成によると、ディジタル化手段を設け、磁気センサの出力するセンサ信号をディジタル化するようにしたため、外乱ノイズの影響を受け難くなり、信頼性が向上する。また、磁気エンコーダの多極磁石として、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体を用いたため、表面硬度が硬く、塵埃の噛み込み等による損傷を生じ難く、この点からも信頼性が向上する。このように、ディジタル化手段を設けたことと、磁気エンコーダの多極磁石を上記混合粉の焼結体としたこととが相まって、高度に信頼性を確保することができる。

前記回転センサは、前記転がり軸受の端部に配置しても良い。回転センサを端部に配置する場合は、転がり軸受への取付けが容易になる。端部に配置した場合、軸受内に配置した場合と異なり、別のシール手段を設けなければ、回転センサが外部に露出することになるが、そのような場合でも、磁気エンコーダの多極磁石が上記混合粉の焼結体であるため、塵埃の噛み込み等による損傷を生じ難く、信頼性を確保できる。

この発明において、前記内方部材と外方部材のうちの固定側の部材に、前記ディジタル化手段によりディジタル化されたセンサ信号をワイヤレスで送信するセンサ信号送信部を設けても良い。
センサ信号をワイヤレスで送信する場合、配線が不要になるという利点が得られる反面、外乱ノイズの影響を受け易くなる。しかし、ディジタル化手段が設けられているため、ワイヤレス送信においても外乱の影響を受け難く、信頼性の高いものとなる。

センサ信号送信部を設けた場合に、さらに、前記固定側の部材に、上記回転センサおよびセンサ信号送信部を駆動する動作電力をワイヤレスで受信する電力受信部を設けても良い。
動作電力をワイヤレスで受信する電力受信部を設けた場合、一次電池や発電機を設ける必要がなく、コンパクトに構成できる。また、発電式と異なり、回転停止時でも動作電力が得られる。ワイヤレス給電を行う場合、センサ信号との混信を避ける必要があるが、センサ信号は、ディジタル化手段でディジタル化して送信するため、混信の恐れがない。

この発明の回転センサ付き軸受は、車輪用軸受に適用することができる。すなわち、この回転センサ付き軸受は、この発明の前記いずれかの構成において、前記転がり軸受が、
複列の転走面を有する外方部材と、上記転走面に対向する転走面を有する内方部材と、対向する両列の転走面間に介在した複数の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受であっても良い。
車輪用軸受は、タイヤハウス内にあって路面に曝されており、外乱ノイズの影響や、石跳ね等による損傷を受け易い厳しい環境下にある。そのため、この発明におけるディジタル化手段を設けて外乱ノイズの影響を避け、かつ磁気エンコーダの多極磁石を混合粉の焼結体として損傷を受けにくくしたこととが相まって、高度に信頼性を確保することができる。特に、車輪用軸受装置に適用する場合に、上記ワイヤレスで送信するセンサ信号送信部、およびワイヤレスで受信する電力受信部を設けた場合は、車体と車輪間のハーネスを無くしながら、センサ信号の信頼性確保、軸受装置の軽量、コンパクト化を図ることができる。

この発明の回転センサ付き軸受は、内方部材の外周および外方部材の内周にそれぞれ設けられた転走面の間に転動体を介在させた転がり軸受と、前記内方部材および外方部材のうちの回転側の部材に取付けられた磁気エンコーダ、およびこの磁気エンコーダと対向して固定側の部材に取付けられた磁気センサからなる回転センサと、前記固定側の部材に設けられて前記磁気センサの出力するセンサ信号をディジタル化するディジタル化手段とを備え、前記磁気エンコーダが、円周方向に交互に磁極を形成した多極磁石と、この多極磁石を支持する芯金とでなり、上記多極磁石が、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体であるため、外乱ノイズの影響を受け難く、かつ粉塵の環境下で使用された場合にも磁気エンコーダの損傷を受け難く、信頼性に優れたものとできる。

この発明の第１の実施形態にかかる回転センサ付き軸受、およびこれを用いたワイヤレスセンサシステムを、図１ないし図４と共に説明する。この回転センサ付き軸受は、転がり軸受５１に回転センサ６Ａを設け、かつワイヤレスセンサユニット４Ａを設けたものである。

転がり軸受５１は、内方部材５４の外周および外方部材５５の内周にそれぞれ設けられた転走面間に複数の転動体５６が介在したものであり、この例では深溝玉軸受とされている。内方部材５４および外方部材５５は、それぞれ内輪および外輪となる部材であり、この明細書では、後に示す車輪用軸受との用語の統一上、「内方部材」および「外方部材」と呼んでいる。各転動体５６は保持器５７により保持されている。内方部材５４と外方部材５５間の環状空間の一端はシール部材５８で密閉し、他端に前記ワイヤレスセンサユニット４Ａを取付けている。
この転がり軸受１は、内方部材５４が回転側の部材となるものであり、内方部材５４に軸５９が嵌合し、外方部材５５はハウジング（図示せず）内に嵌合状態に取付けられる。

回転センサ６Ａは、内方部材５４に取付けられた磁気エンコーダ１７、およびこの磁気エンコーダ１７と対向して外方部材５５に取付けられた磁気センサ１８からなる。
磁気エンコーダ１７は、円周方向に交互に磁極Ｎ，Ｓを形成したリング状の多極磁石１７ａと、この多極磁石１７ａを支持する段付き円筒状等の環状の芯金１７ｂとでなる。磁気エンコーダ１７は、芯金１７ｂの一端が内方部材５４の外径面に圧入状態に嵌合することで、内方部材５４に取付けられている。
磁気センサ１８は、磁界センサであり、磁気抵抗素子型センサ（「ＭＲセンサ」と呼ばれる）以外に、ホール素子型センサ、フラックスゲート型磁気センサ、ＭＩセンサ等のアクティブ磁気センサを使用することができる。磁気センサ１８は、ワイヤレスセンサユニット４Ａと共に、段付き円筒状等の環状の取付具１８ａに取付けられており、取付具１８ａの一端を外方部材５５の内径面に圧入状態に嵌合させることで、外方部材５５に取付け
られている。

磁気エンコーダ１７の多極磁石１８は、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体である。
多極磁石１４に混入する磁性粉としては、バリウム系およびストロンチウム系などの等方性または異方性フェライト粉であっても良い。これらのフェライト粉は顆粒状粉体であっても、湿式異方性フェライトコアからなる粉砕粉であっても良い。この湿式異方性フェライトコアからなる粉砕粉を磁性粉とした場合、非磁性金属粉との混合粉を磁場中で成形された異方性のグリーン体とする必要がある。

また、磁性粉は希土類系磁性材料であっても良い。例えば希土類系磁性材料であるサマリウム鉄（ＳｍＦｅＮ）系磁性粉やネオジウム鉄（ＮｄＦｅＢ）系磁性粉のそれぞれ単独磁性粉であっても良い。また、磁性粉はマンガンアルミ（ＭｎＡｌ）ガスアトマイズ粉であっても良い。

また、上記磁性粉は、サマリウム鉄（ＳｍＦｅＮ）系磁性粉、ネオジウム鉄（ＮｄＦｅＢ）系磁性粉、およびマンガンアルミ（ＭｎＡｌ）ガスアトマイズ粉のいずれか２種以上を混合させたものであっても良い。例えば、上記磁性粉はサマリウム鉄（ＳｍＦｅＮ）系磁性粉とネオジウム鉄（ＮｄＦｅＢ）系磁性粉とを混合させたもの、マンガンアルミガスアトマイズ粉とサマリウム鉄系磁性粉とを混合させたもの、およびサマリウム鉄系磁性粉とネオジウム鉄系磁性粉とマンガンアルミガスアトマイズ粉とを混合させたもの、のいずれかであっても良い。
また、例えば、フェライト分だけでは磁力が足りない場合に、フェライト粉に希土類系磁性材料であるサマリウム鉄（ＳｍＦｅＮ）系磁性粉やネオジウム鉄（ＮｄＦｅＢ）系磁性粉を必要量だけ混合し、磁力向上を図りつつ安価に製作することもできる。

また、多極磁石１４を形成する非磁性金属粉には、スズ、銅、アルミ、ニッケル、亜鉛、タングステン、マンガンなどの粉体、または非磁性のステンレス系金属粉のいずれか単独（１種）の粉体、もしくは２種以上からなる混合した粉体、もしくは２種以上からなる合金粉末を使用することができる。

上記ワイヤレスセンサユニット４Ａを用いたワイヤレスセンサシステムを、図２と共に説明する。このワイヤレスセンサシステムは、複数のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂと、これら複数のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂに対してワイヤレスで電力を供給しかつ各センサ信号を受信するセンサ信号受信機５とを備える。ワイヤレスセンサユニットの個数は特に制限がなく、１個であっても、３個以上であっても良いが、図１は２個の場合を示している。上記複数のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂのうちの一つのワイヤレスセンサユニット４Ａは、図１の回転センサ付き軸受に設けられたものである。

各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂは、それぞれ検出対象を検出する回転センサ６Ａ，センサ部６Ｂと、これら回転センサ６Ａ，センサ部６Ｂが出力するセンサ信号をディジタル信号に変換するディジタル化手段７と、そのディジタル化されたセンサ信号をワイヤレスで送信するセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂと、ワイヤレスで送信された駆動電力を受信する電力受信部８Ａ，８Ｂと、電源回路１０とを備える。

回転センサ６Ａおよびセンサ部６Ｂは、それぞれ一つのセンサからなるものであっても良く、複数のセンサを有するものであっても良い。センサ部６Ｂを構成するセンサは、例えば、回転センサ６Ａと同じ回転センサであっても良く、また加速度センサや、温度センサ、振動センサ、荷重センサ、トルクセンサ、軸受の予圧を検出する予圧センサ等であっても良い。

回転センサ６Ａにおける磁気センサ１８は、例えば図４（Ａ）に示すように、磁気エンコーダ１７の周方向の磁気的変化の周期に対して位相が略９０°離れたところに２ヵ所に配置して回転方向を検出し、周期データ以外に回転方向データを送信するようにしても良い。この場合、同図（Ｂ）のように位相が略９０°ずれた２つのパルス列（Ａ相，Ｂ相）の回転信号が、各磁気センサ１８，１８からそれぞれ出力される。
回転方向の検出は、例えば図４（Ｃ）に示すように、ディジタル化手段７に設けられた回転方向検出部７ｄにより、上記２つのパルス列の回転信号を比較して行われる。上記パルス列からその周期Ｔのデータを得る処理は、例えばデータ変換部７ｂにより行うようにする。この周期データに、上記回転方向データを信号処理部７ｃで纏める処理を行う。

図１において、電源回路１０は、電力受信部８Ａ，８Ｂで受信した電力を回転センサ６Ａ，センサ部６Ｂ，ディジタル化手段７、およびセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂに給電する回路である。電源回路１０は、受信電力を蓄えるキャパシタ、２次電池、およびそれらの充電回路（いずれも図示せず）を有していても良い。

センサ信号受信機５は、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂのセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂから送信されたセンサ信号を受信するセンサ信号受信部１３と、ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂの電力受信部８Ａ，８Ｂへ動作電力をワイヤレスで送信する給電電力送信部１２とを備えている。
センサ信号送信部９Ａ，９Ｂとセンサ信号受信部１３間、および給電電力送信部１２と動作電力受信部８Ａ，８Ｂ間の送受は、電磁波により行うものであっても、また光波、赤外線、超音波によるもの、あるいは磁気結合により行うものであっても良い。
給電電力送信部１２は、例えば無変調波の連続波である電磁波とされる。電力受信部８Ａ，８Ｂは、ワイヤレス給電を電磁波で行うものである場合、同調回路と、検波整流回路等により構成される。
ワイヤレス送信するセンサ信号と給電電力の周波数は、例えば互いに異なる周波数とされ、複数設けられる各センサ信号も、互いに異なる周波数とされる。ここでは、給電電力の周波数をｆ1 とし、各センサ信号の周波数をｆ2 ，ｆ3 としている。センサ信号と給電電力の周波数は、同じ周波数としても良く、その場合、後述のようにセンサ信号をスペクトラム拡散通信で送信するものとする。

ディジタル化手段７は、例えば図３のようにデータ切替器７ａ，データ変換部７ｂ、および信号処理部７ｃを有するものとされる。データ切替器７ａは、回転センサ６Ａ，センサ部６Ｂに複数のセンサ６ａ，６ｂ，６ｃを有する場合に設けられ、各センサ６ａ，６ｂ，６ｃから入力するデータを切り換えてデータ変換部７ｂに伝える。同図の例において、複数設けられた各センサ６ａ〜６ｃは、それぞれ回転センサ、温度センサ、および振動センサとされている。データ切替器７ａによる切替えは、例えばタイマにより定期的に切替えるものとされ、または適宜の切替指令に応答して切替えるものとされる。
データ変換部７ｂは、入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。

信号処理部７ｃは、共通のセンサ信号受信部１３（図２）に対して複数のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂを設ける場合に、ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂ毎の識別番号を付加する。ワイヤレスセンサユニットが一つの場合は、識別番号は不要である。また、信号処理部７ｃは、同じワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂ内の回転センサ６Ａ，センサ部６Ｂに複数のセンサ６ａ〜６ｃを有する場合に、各センサ６ａ〜６ｃを識別する識別番号を付加する。これらワイヤレスセンサユニット識別番号およびセンサ識別番号は、送信するセンサ信号に付加する。信号処理部７ｃは、さらに、誤り訂正符号などの冗長ビットを付加するものとしても良い。

このディジタル化手段７でディジタル化された信号を、センサ信号送信部９Ａ，９Ｂから、所定の周波数ｆ１，ｆ２の電磁波等でワイヤレス送信する。この送信は、上記のように電磁波による他に、光波、赤外線、超音波、または磁気結合によって行うものとしても良い。

センサ信号送信部９Ａ，９Ｂによる送信は、例えばスペクトラム拡散通信で行う。その方式として、周波数ホッピング方式、直接拡散方式等が使用される。
センサ信号送信部９Ａ，９Ｂは、時分割で各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂ毎に順番に送信するものとしても良い。また、センサ信号受信機５に設けられた通信要求送信部（図示せず）からワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂにデータ通信の要求指令を出し、指令を受けたワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂがセンサ信号を送信するものとしても良い。このように時分割や要求指令による場合、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂから送信する周波数が同じであっても、混信することなく通信を行うことができる。また、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂが上記の識別番号を付加して送信するものであると、複数のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂの信号を識別することができる。

スペクトラム拡散通信は、外乱や干渉に強いので、無変調波の連続波である電力送信用電磁波と同じ周波数帯の電波を使用しても、十分な信頼性を確保することができる。同一周波数帯の電磁波を使用することで、電力受信部８Ａ，８Ｂとセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂとで、アンテナ等の部品につき、同一の高周波部品が使用できるので、部品コストを下げることができる。

また、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂにセンサ信号送信用電磁波の周波数を決め、センサ信号受信機５のセンサ信号受信部１３が、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂの固有周波数に対応した個別受信部（図示せず）を有するものとしても良い。

センサ信号送信部９Ａ，９Ｂは、センサ信号の送信を、搬送波にＡＳＫ（Amplitude Shift Keying) や、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying) 、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、またはＱＰＳＫ（Quadrature PSK) 等のディジタル変調をかけて行うものとしても良い。

この構成の回転センサ付き軸受によると、図２のようにディジタル化手段７を設け、回転センサ６Ａの出力するセンサ信号をディジタル化するようにしたため、外乱ノイズの影響を受け難くなり、信頼性が向上する。また、図１の磁気エンコーダ１７の多極磁石１７ａとして、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体を用いたため、表面硬度が硬く、塵埃の噛み込み等による損傷を生じ難く、この点からも信頼性が向上する。このように、ディジタル化手段７を設けたことと、磁気エンコーダ１７の多極磁石１７ａを、上記混合粉の焼結体としたこととが相まって、高度に信頼性を確保することができる。

回転センサ６Ａは、転がり軸受５１の端部に配置したため、転がり軸受５１への取付けが容易になる。端部に配置した場合、軸受５１内に配置した場合と異なり、別のシール手段を設けなければ、回転センサ６Ａが外部に露出することになるが、そのような場合でも、磁気エンコーダ１７の多極磁石１７ａが上記混合粉の焼結体であるため、塵埃の噛み込み等による損傷を生じ難く、信頼性を確保できる。

また、上記構成のワイヤレスセンサシステムによると、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂは、動作電力がワイヤレスで供給されるので、センサ部６Ａ，６Ｂやセンサ信号送信部９Ａ，９Ｂの電源として一次電池や発電機を設ける必要がなく、ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂをコンパクトで軽量に構成できる。電池交換が不要なため、メンテナンスも容易になる。また、発電と異なり、常時、通信が可能になる。

また、ディジタル化手段７によりセンサ信号をディジタル化して送信するため、外乱の影響を受け難くなり、システムの信頼性が向上する。センサ信号をディジタル化することで、各ワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂ毎の識別番号を容易に送信できるようになり、単一周波数の電磁波で複数のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂを識別できるようになるので、システム構成が簡単になる。個々のワイヤレスセンサユニット４Ａ，４Ｂのセンサ部６が複数のセンサ６ａ〜６ｃを持つ場合に、そのセンサ６ａ〜６ｃの識別番号を付加するときは、センサ６ａ〜６ｃの識別も容易になる。
ディジタル化されたセンサ信号を、スペクトラム拡散方式で送信する場合は、無変調波の連続波である電力送信用電磁波との識別が容易となり、システムの信頼性が向上する。また、スペクトラム拡散方式でセンサ信号を送信することで、センサ信号の送信と給電に同一周波数帯の電波を使用することができ、部品の共通化によりコスト低下が図れる。

図５は、このワイヤレスセンサシステムを用いた回転センサ付き軸受を車輪用軸受装置に適用した実施形態を示す。この車輪用軸受装置３３は、複列の転走面を有する外方部材１と、上記転走面に対向する転走面を有する内方部材２と、対向する両列の転走面間に介在した複数の転動体３とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持するものである。同図の車輪用軸受装置３３は第４世代型のものであり、内方部材２は、ハブ輪２Ａと等速ジョイント１５の外輪１５ａとで構成され、これらハブ輪２Ａおよび等速ジョイント外輪１５ａに、内方部材２側の各列の転走面が形成されている。

この車輪用軸受装置３３の外方部材１に、一つのワイヤレスセンサユニット４Ａが設置されている。図１における他のワイヤレスセンサユニット４Ｂは、省略されても良く、また車輪用軸受装置３３とは別に、例えば、車輪にタイヤ空気圧検出用として設置しても良い。
ワイヤレスセンサユニット４Ａは、回転センサ６Ａを有している。この回転センサ６Ａは、磁気エンコーダ１７と、それに対向して取付けられている磁気センサ１８とで構成される。磁気エンコーダ１７は、図１の例と同じく、円周方向に交互に磁極を形成した多極磁石と、この多極磁石を支持する芯金とでなり、上記多極磁石が、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体からなるものである。

磁気センサ１８は、磁気エンコーダ１７の周方向の周期的な磁気的変化を検出して、内方部材２と外方部材１の相対回転を検出し、回転信号を出力する。この回転信号はパルス列であるが、パルスの周期データをディジタル化して送信する。磁気センサ１８は磁界センサであり、磁気抵抗素子型センサ以外に、ホール素子型センサ、フラックスゲート型磁気センサ、ＭＩセンサ等のアクティブ磁気センサを使用することができる。磁気センサ１８は、パルサリング１７の周方向の磁気的変化の周期に対して位相が略９０°離れたところに２ヵ所配置して回転方向を検出し、周期データ以外に回転方向データを送信しても良い。

ワイヤレスセンサユニット４Ａは、回路ボックス部２４とセンサ設置部２３とが一体化されてユニットとなったものであり、回路ボックス部２４は外方部材１の外面に設置されている。センサ設置部２３は、外方部材１に設けられた径方向の孔を通って軸受内空間に臨んでいる。回路ボックス部２４内に、図１の電力受信部８Ａやセンサ信号送信部９Ａで構成される通信機能部、ディジタル化手段７、および電源回路１０が設けられ、センサ設置部２３に上記磁気センサ１８が設置されている。センサ設置部２３には、上記センサ部６Ｂ（図２）を構成する他のセンサとして、回転以外の別の情報を検出するセンサ２２が設置されている。このセンサ２２は、例えば温度センサ、振動センサ、荷重センサ、予圧センサ等である。

センサ信号受信機５は、車体側に取付けられる。例えば車体のタイヤハウス内等に取付
けられる。センサ信号受信機５で受信したセンサ信号は、車体に設けられた車両全体を制御する電気制御ユニット（ＥＣＵ）に送られ、各種制御や異常監視などに使用される。
回転センサ６Ａは、パルサリング１７と磁気センサ１８とで回転を検出し、ワイヤレスで給電しているので、Ｏ速まで回転を検出することができ、アンチロックブレーキシステムやトラクションコントロール等に使用することができ、自動車制御の高度化を図ることができる。回転方向を検出することで、ヒルホールドコントロール、例えば上り動作時の後退検出やその逆の検出に対応する制御等に使用することができる。
他のセンサ２２により、荷重センサや温度センサなど、回転以外の検出も行うことで、軸受のインテリジェント化ができ、軸受の故障診断や各種自動車制御に使用することができる。

このように、車輪用軸受装置３３に適用した場合は、車輪用軸受装置３３の知能化を図り、またセンサ信号のワイヤレス送信とワイヤレス給電の併用により、車輪と車体間のハーネスを無くしながら、センサ信号のディジタル化によって信頼性の高い自動車制御が行える。

図６は、このワイヤレスセンサシステムを用いた回転センサ付き軸受を、他の形式の車輪用軸受装置３３に適用した例を示す。この車輪用軸受装置３３は、第３世代型のものであり、内方部材２が、ハブ輪２Ａと、その一端の外周に嵌合した内輪２Ｂとで構成され、ハブ輪２Ａおよび内輪２Ｂの外周に、内方部材２側の各列の転走面が形成されている。等速ジョイント１５は、その外輪１５ａに設けられた軸部がハブ輪２Ａ内に挿通され、ハブ輪２Ａにナットで結合されている。
ワイヤレスセンサユニット４Ａは、外方部材１の端部に取付けられている。ワイヤレスセンサユニット４Ａのセンサ部６Ａは、回転センサ６Ａで構成され、内方部材２に取付けられた磁気エンコーダ１７と、この磁気エンコーダ１７に対向して設けられた磁気センサ１８を有する。磁気エンコーダ１７は、前記各実施形態と同じく、混合粉の焼結体からなる多極磁石を芯金に取付けたものである。磁気エンコーダ１７は、外方部材１と内方部材２の間の軸受空間を密封するシールの構成部品に設けられている。磁気センサ１８は、磁気抵抗型センサまたはホール素子型センサ等が用いられる。その他の構成は図１に示す例と同様である。

図７は、このワイヤレスセンサシステムを用いた回転センサ付き軸受を、さらに他の形式の車輪用軸受装置３３に適用した例を示す。この車輪用軸受装置３３は、第３世代型の従動輪用のものである。この例では、軸受端部を覆うカバー２５に、ワイヤレスセンサユニット４Ａが取付けられている。ワイヤレスセンサユニット４Ａは、回転センサ６Ａとして、磁気エンコーダ１７と磁気センサ１８とからなるものを有している。磁気エンコーダ１７は、図１の例に示したものと同じく芯金１７ａと多極磁石１７ｂとからなり、多極磁石１７には、前記混合粉の焼結体からなるものを用いている。カバー２５に設けられた孔に、磁気センサ１８を有するセンサ部６Ａの先端が挿入され、回路ボックス２４がカバー２５の外面に設置されている。この実施形態における他の構成は、図６に示す例と同様である。なお、内輪２Ｂはハブ輪２Ａの端部をかしめて形成されたかしめ部１００によってハブ輪２Ａと結合されている。

この発明の第１の実施形態にかかる回転センサ付き軸受の断面図である。 同回転センサ付き軸受に適用したワイヤレスセンサシステムの概念構成を示すブロック図である。 そのディジタル化手段の内部構成例のブロック図である。 （Ａ）は同ワイヤレスセンサシステムにおけるセンサ部の回転センサの例の説明図、（Ｂ）はその出力パルスの波形図、（Ｃ）はディジタル化手段の変形例となる内部構成例のブロック図である。 この発明の他の実施形態にかかる回転センサ付き軸受である車輪用軸受の一例を示す断面図である。 他の実施形態にかかる車輪用軸受装置を示す断面図である。 さらに他の実施形態にかかる車輪用軸受装置を示す断面図である。

符号の説明

１…外方部材
２…内方部材
４Ａ，４Ｂ…ワイヤレスセンサユニット
５…センサ信号受信機
６Ａ…回転センサ
６Ｂ…センサ部
６ａ〜６ｃ…センサ
７…ディジタル化手段
７ａ…データ切替器
７ｂ…データ変換部
７ｃ…信号処理部
８Ａ，８Ｂ…電力受信部
９Ａ，９Ｂ…センサ信号受信部
１２…給電電力送信部
１３…センサ信号受信部
１７…磁気エンコーダ
１７ａ…多極磁石
１７ｂ…芯金
１８…磁気センサ
５１…転がり軸受
５４…内方部材
５５…外方部材
５６…転動体

Claims (5)

1. 内方部材の外周および外方部材の内周にそれぞれ設けられた転走面の間に転動体を介在させた転がり軸受と、前記内方部材および外方部材のうちの回転側の部材に取付けられた磁気エンコーダ、およびこの磁気エンコーダと対向して固定側の部材に取付けられた磁気センサからなる回転センサと、前記固定側の部材に設けられて前記磁気センサの出力するセンサ信号をディジタル化するディジタル化手段とを備え、前記磁気エンコーダが、円周方向に交互に磁極を形成した多極磁石と、この多極磁石を支持する芯金とでなり、上記多極磁石が、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体である回転センサ付き軸受。
2. 請求項１において、前記回転センサを前記転がり軸受の端部に配置した回転センサ付き軸受。
3. 請求項１または請求項２において、前記内方部材と外方部材のうちの固定側の部材に、前記ディジタル化手段によりディジタル化されたセンサ信号をワイヤレスで送信するセンサ信号送信部を設けた回転センサ付き軸受。
4. 請求項３において、前記固定側の部材に上記回転センサおよびセンサ信号送信部を駆動する動作電力をワイヤレスで受信する電力受信部を設けた回転センサ付き軸受。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記転がり軸受が、複列の転走面を有する外方部材と、上記転走面に対向する転走面を有する内方部材と、対向する両列の転走面間に介在した複数の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受である回転センサ付き軸受。

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