JP2007078678A - Rotation supporting device with displacement measuring unit, and rotation supporting device with load measuring unit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明に係る変位測定装置付回転支持装置及び荷重測定装置付回転支持装置は、例えば自動車の車輪支持部や各種機械装置の回転支持部に組み込んで、静止側部材と回転側部材との間の軸方向に関する相対変位量や作用荷重を測定する為に利用する。 A rotation support device with a displacement measuring device and a rotation support device with a load measuring device according to the present invention are incorporated in, for example, a wheel support portion of an automobile or a rotation support portion of various mechanical devices, and are arranged between a stationary side member and a rotation side member. It is used to measure relative displacement and working load in the axial direction.
例えば自動車の車輪は懸架装置に対し、複列アンギュラ型の転がり軸受ユニット等の転がり軸受ユニットにより回転自在に支持する。又、自動車の走行安定性を確保する為に、アンチロックブレーキシステム(ABS)、トラクションコントロールシステム(TCS)、電子制御式スタビリティコントロールシステム(ESC)等の車両用走行安定化装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定化装置を制御する為には、車輪の回転速度、車体に加わる各方向の加速度等の信号が必要になる。そして、より高度の制御を行なう為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニットに加わる荷重(例えばラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方)の大きさを知る事が好ましい場合がある。 For example, automobile wheels are rotatably supported by a rolling bearing unit such as a double-row angular type rolling bearing unit with respect to a suspension device. Also, in order to ensure the running stability of automobiles, vehicle running stabilization devices such as anti-lock brake system (ABS), traction control system (TCS), electronically controlled stability control system (ESC) are used. Yes. In order to control such various vehicle running stabilization devices, signals such as the rotational speed of the wheels and the acceleration in each direction applied to the vehicle body are required. In order to perform higher-level control, it may be preferable to know the magnitude of a load (for example, one or both of a radial load and an axial load) applied to the rolling bearing unit via a wheel.
この様な問題に対応できる発明として、例えば特許文献1には、転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を測定する構造が記載されている。この特許文献1に記載された構造の場合、外輪の外周面に設けた固定側フランジの内側面複数個所で、この固定側フランジをナックルに結合する為のボルトを螺合する為のねじ孔を囲む部分に、それぞれ荷重センサを添設している。上記外輪を上記ナックルに支持固定した状態でこれら各荷重センサは、このナックルの外側面と上記固定側フランジの内側面との間で挟持される。この様な転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、車輪と上記ナックルとの間に加わるアキシアル荷重は、上記各荷重センサにより測定される。
As an invention that can cope with such a problem, for example,
ところが、この様な特許文献1に記載された構造の場合、ナックルに対し外輪を支持固定する為のボルトと同数だけ、荷重センサを設ける必要がある。この為、荷重センサ自体が高価である事と相まって、転がり軸受ユニットの荷重測定装置全体としてのコストが相当に嵩む事が避けられない。又、転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定する為に専用のセンサを設けている為、この点からも、コストが嵩む事が避けられない。
However, in the case of the structure described in
この様な不都合を解消できる発明として、例えば特願2005−147642号には、荷重の作用方向に配置された1対のセンサの出力信号の位相差に基づき、転がり軸受ユニットに加わる荷重の大きさを測定する発明(先発明)が開示されている。図20〜23は、この先発明の構造を示している。この先発明の構造は、図20に示す様に、懸架装置に支持された状態で回転しない静止側部材である外輪1の径方向内方に、車輪を支持固定する回転側部材であるハブ2を、複数個の転動体3、3を介して回転自在に支持している。そして、このハブ2の中間部に、永久磁石により円筒状に構成したエンコーダ4を外嵌固定すると共に、上記外輪1の軸方向中間部で複列に配置された上記各転動体3、3の間部分に1対のセンサ5、5を、それぞれの検出部を被検出面である上記エンコーダ4の外周面に近接対向させた状態で設けている。
As an invention that can eliminate such inconvenience, for example, Japanese Patent Application No. 2005-147642 discloses the magnitude of a load applied to a rolling bearing unit based on the phase difference between the output signals of a pair of sensors arranged in the direction of load application. An invention (prior invention) is disclosed. 20 to 23 show the structure of the present invention. As shown in FIG. 20, the structure of this prior invention has a
上記エンコーダ4の外周面には、図21〜23に示す様に、N極に着磁した部分(第一被検出部)とS極に着磁した部分(第二被検出部)とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔(等しい中心角ピッチ)で配置している。これらN極に着磁された部分とS極に着磁された部分との境界は、上記エンコーダ4の軸方向に対し同じ角度だけ傾斜させると共に、この軸方向に対する傾斜方向を、このエンコーダ4の軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。従って、上記N極に着磁された部分とS極に着磁された部分とは、軸方向中間部が円周方向に関して最も突出した(又は凹んだ)、「く」字形となっている。
On the outer peripheral surface of the
又、上記各センサ5、5は、検出部に、ホールIC、ホール素子、MR、GMR等の磁気検知素子を組み込んでいる。この様な両センサ5、5の検出部が上記エンコーダ4の外周面に対向する位置は、このエンコーダ4の円周方向に関して同じ位置としている。言い換えれば、上記両センサ5、5の検出部は、上記外輪1の中心軸を含む同一の仮想平面上に配置されている。又、この外輪1と上記ハブ2との間にアキシアル荷重が作用しない状態で、上記N極に着磁された部分と上記S極に着磁された部分との軸方向中間部で円周方向に関して最も突出した部分(境界の傾斜方向が変化する部分)が、上記両センサ5、5の検出部同士の間の丁度中央位置に存在する様に、各部材4、5、5の設置位置を規制している。尚、図示の構造では、上記エンコーダ4として永久磁石製のものを使用している為、上記両センサ5、5側に永久磁石を組み込んではいない。
Each of the
上述の様に構成する先発明の構造の場合、上記外輪1と上記ハブ2との間にアキシアル荷重が作用すると、上記両センサ5、5の出力信号が変化する位相がずれる。即ち、上記外輪1と上記ハブ2との間にアキシアル荷重が作用していない状態では、上記両センサ5、5の検出部は、図23の(A)の実線イ、イ上、即ち、上記最も突出した部分から軸方向に同じだけずれた部分に対向する。従って、上記両センサ5、5の出力信号の位相は、同図の(C)に示す様に一致する。これに対し、上記エンコーダ4を固定したハブ2に、図23の(A)で下向きのアキシアル荷重が作用し(上記外輪1と上記ハブ2とが軸方向に相対変位し)た場合には、上記両センサ5、5の検出部は、図23の(A)の破線ロ、ロ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ5、5の出力信号の位相は、同図の(B)に示す様にずれる。更に、上記エンコーダ4を固定したハブ2に、図23の(A)で上向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ5、5の検出部は、図23の(A)の鎖線ハ、ハ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが、逆方向に互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ5、5の出力信号の位相は、同図の(D)に示す様にずれる。
In the case of the structure of the prior invention configured as described above, when an axial load is applied between the
この様に、先発明の構造の場合には、上記両センサ5、5の出力信号の位相が、上記外輪1と上記ハブ2との間に加わるアキシアル荷重の方向に応じた方向にずれる。又、このアキシアル荷重により上記両センサ5、5の出力信号の位相がずれる程度(変位量)は、このアキシアル荷重が大きくなる程大きくなる。従って、上述した先発明の場合には、上記両センサ5、5の出力信号の位相ずれの有無、ずれが存在する場合にはその向き及び大きさに基づいて、上記外輪1とハブ2との軸方向の相対変位の向き及び大きさ、延いては、これら外輪1とハブ2との間に作用しているアキシアル荷重の向き及び大きさを求められる。又、上記各センサ5、5の出力信号の周波数は、車輪の回転速度に比例する。従って、少なくとも一方のセンサ5の出力信号の周波数に基づいて、車輪の回転速度を求める事ができる。この様に、先発明の構造の場合には、1個のエンコーダ4と1対のセンサ5、5とにより、上記外輪1とハブ2との間に作用するアキシアル荷重だけでなく、車輪の回転速度をも求める事ができる。この為、自動車の走行制御用の情報を測定する装置の低コスト化を図れる。
Thus, in the case of the structure of the prior invention, the phases of the output signals of the
尚、前記特願2005−147642号には、上記エンコーダ4を磁性材製とすると共に、第一被検出部を凹部とし、第二被検出部を凸部とし、且つ、上記1対のセンサ5、5側に永久磁石を組み込んだ構造を採用する事もできる旨、記載されている。この様な構造を採用した場合も、上述の図20〜23に示した構造の場合と同様の原理で、上記アキシアル荷重と上記回転速度とを求める事ができる。
In Japanese Patent Application No. 2005-147642, the
上述した様なエンコーダ4とセンサ5、5とを含んで構成する変位測定装置は、図20に示した様な車輪支持用軸受ユニットの他、工作機械等の各種機械装置を構成する回転支持装置に組み込んで使用する事もできる。
何れにしても、上述した様な構成を有する先発明のエンコーダ4の場合、狭小空間への設置を可能とする為の、軸方向の小型化要求に対応しにくいと言った問題がある。即ち、上述した変位測定装置に関する、軸方向変位やアキシアル荷重の測定値の信頼性を確保する為には、上記各センサ5、5の出力信号の波形を安定させる必要がある。そして、この為には、これら各センサ5、5の検出部を対向させる1対の被検出面{第一被検出部(N極、凹部)と第二被検出部(S極、凸部)との境界の傾きを互いに逆にした1対の円輪面}の軸方向寸法を、それぞれ最低でも所定量ずつ確保しておく必要がある。これに対し、上述した先発明のエンコーダ4の場合には、上記両被検出面を、円筒部の周面(このエンコーダ4の外周面)に軸方向に関して直列に配置する構成を採用している。この為、この円筒部(上記エンコーダ4)の軸方向寸法を、最低でも上記所定量の2倍は確保しておく必要がある。従って、上述した先発明のエンコーダ4の場合には、上記両被検出面を設ける円筒部の軸方向寸法が嵩み易く、軸方向の小型化要求(特に、この円筒部の軸方向寸法を上記所定量の2倍未満にすると言った要求)には対応しにくい。
The displacement measuring device including the
In any case, the
本発明の変位測定装置付回転支持装置及び荷重測定装置付回転支持装置は、上述の様な事情に鑑み、エンコーダの軸方向の小型化要求に十分に応えられる構造を実現すべく発明したものである。 The rotation support device with a displacement measuring device and the rotation support device with a load measuring device according to the present invention have been invented to realize a structure that can sufficiently meet the downsizing requirement in the axial direction of the encoder in view of the above-described circumstances. is there.
本発明の変位測定装置付回転支持装置、又は、荷重測定装置付回転支持装置は、回転支持装置と、変位測定装置、又は、荷重測定装置とを備える。
このうちの回転支持装置は、静止側周面に静止側軌道を有し、使用時にも回転しない静止側部材と、回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転する回転側部材と、この回転側軌道と上記静止側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備える。
又、上記変位測定装置、又は、荷重測定装置は、エンコーダと、1対のセンサとを備える。
このうちのエンコーダは、互いに同心に且つ径方向に重畳して配置された1対の円筒部を有し、これら各円筒部の外周面又は内周面をそれぞれ被検出面とすると共に、上記回転側部材又はこの回転側部材と同期して回転する部分に、この回転側部材と同心に支持固定されている。そして、上記両被検出面の特性をそれぞれ、円周方向に関して交互に変化させると共に、少なくとも一方の被検出面の円周方向に関する特性変化のパターンを、測定すべき変位の方向である軸方向に亙り、他方の被検出面と異なる傾向で漸次変化させている。
又、上記1対のセンサは、一方のセンサの検出部を上記1対の被検出面のうちの一方の被検出面の軸方向一部に、他方のセンサの検出部を他方の被検出面の軸方向一部に、それぞれ対向させた状態で、使用時にも回転しない部分に支持されている。そして、それぞれが自身の検出部を対向させた上記何れかの被検出面の特性変化のパターンに対応して、出力信号のパターンを変化させる。
The rotation support device with a displacement measurement device or the rotation support device with a load measurement device according to the present invention includes a rotation support device and a displacement measurement device or a load measurement device.
Among these, the rotation support device has a stationary side track on the stationary side circumferential surface and does not rotate during use, and a rotation side member that has a rotation side track on the rotating side circumferential surface and rotates during use. A plurality of rolling elements are provided between the rotation side track and the stationary side track so as to be freely rollable.
The displacement measuring device or the load measuring device includes an encoder and a pair of sensors.
Of these, the encoder has a pair of cylindrical portions arranged concentrically and overlapping in the radial direction. The outer peripheral surface or inner peripheral surface of each cylindrical portion is a detected surface, and the rotation It is supported and fixed concentrically with the rotating side member on a side member or a portion that rotates in synchronization with the rotating side member. Then, the characteristics of both of the detected surfaces are alternately changed with respect to the circumferential direction, and the characteristic change pattern with respect to the circumferential direction of at least one of the detected surfaces is changed in the axial direction, which is the direction of displacement to be measured It is gradually changed with a tendency different from that of the other detected surface.
Further, the pair of sensors includes a detection portion of one sensor in a part of one of the detection surfaces in the axial direction of one detection surface and a detection portion of the other sensor as the other detection surface. Are supported by a portion that does not rotate even when used in a state of being opposed to a part of each of the axial directions. Then, the pattern of the output signal is changed in accordance with the characteristic change pattern of any one of the above-described detection surfaces each facing its own detection unit.
上述の様に構成する本発明の変位測定装置付回転支持装置及び荷重測定装置付回転支持装置の場合、静止側部材と回転側部材との間にアキシアル荷重が作用する事に基づき、これら静止側部材と回転側部材とが軸方向に相対変位すると、この相対変位の向き及び大きさに応じて、1対のセンサのうちの少なくとも一方のセンサの出力信号のパターン(例えば、位相)が、他方のセンサの出力信号のパターンと異なる傾向で変化する。この為、これら両センサの出力信号を比較すれば(例えば、互いの位相差を求めれば)、その結果に基づき、上記軸方向の相対変位及びアキシアル荷重の向き及び大きさを求める事ができる。 In the case of the rotation support device with a displacement measurement device and the rotation support device with a load measurement device of the present invention configured as described above, an axial load acts between the stationary side member and the rotation side member. When the member and the rotation side member are relatively displaced in the axial direction, the pattern (for example, phase) of the output signal of at least one of the pair of sensors is changed according to the direction and magnitude of the relative displacement. It changes with the tendency different from the pattern of the output signal of the sensor. Therefore, if the output signals of these two sensors are compared (for example, if the phase difference between them is obtained), the relative displacement in the axial direction and the direction and magnitude of the axial load can be obtained based on the result.
特に、本発明の場合には、エンコーダを構成する1対の円筒部の外周面又は内周面に、それぞれ1つずつ被検出面を設けている。この為、この様な本発明のエンコーダと、1つの円筒部の外周面又は内周面に1対の被検出面を軸方向に並列配置する先発明のエンコーダとで、各被検出面の軸方向寸法を互いに同じ大きさにすると、本発明のエンコーダの場合には、先発明のエンコーダの場合に比べて、上記各被検出面を設ける円筒部の軸方向寸法を半分の大きさにできる。そして、本発明のエンコーダの場合には、上記1対の円筒部を、互いに同心に且つ径方向に重畳して配置している為、これら両円筒部が軸方向に嵩張る事はない。従って、本発明の場合には、エンコーダを狭小空間に設置する為の、このエンコーダの軸方向の小型化要求に対応し易くできる。
尚、上記回転側部材と静止側部材との間に作用するアキシアル荷重を求める為には、必ずしもこれら回転側部材と静止側部材との相対変位量を求める必要はない。即ち、演算器に、1対のセンサの出力信号に基づいて、上記静止側部材と上記回転側部材との間に作用するアキシアル荷重を直接(上記相対変位量を求める過程を経る事なく)算出する機能を持たせる事もできる。
In particular, in the case of the present invention, one detected surface is provided on each of the outer peripheral surface or inner peripheral surface of a pair of cylindrical portions constituting the encoder. Therefore, such an encoder of the present invention and the encoder of the previous invention in which a pair of detected surfaces are arranged in parallel in the axial direction on the outer peripheral surface or inner peripheral surface of one cylindrical portion, If the directional dimensions are the same, the encoder according to the present invention can reduce the axial dimension of the cylindrical portion provided with each of the detected surfaces to half that of the encoder according to the previous invention. In the case of the encoder of the present invention, the pair of cylindrical portions are arranged concentrically and overlapped in the radial direction, so that both the cylindrical portions are not bulky in the axial direction. Therefore, in the case of the present invention, it is possible to easily meet the demand for downsizing the encoder in the axial direction for installing the encoder in a narrow space.
In order to determine the axial load acting between the rotating side member and the stationary side member, it is not always necessary to determine the relative displacement amount between the rotating side member and the stationary side member. That is, the arithmetic unit directly calculates the axial load acting between the stationary member and the rotating member based on the output signals of the pair of sensors (without going through the process of obtaining the relative displacement). It can also have a function to do.
本発明を実施する場合には、例えば請求項2、9に記載した様に、エンコーダに設けた1対の被検出面にそれぞれ、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とを、円周方向に関して交互に、且つ、上記両被検出面同士で互いに等しい中心角ピッチで配置する。そして、上記第一、第二両被検出部の境界を上記エンコーダの軸方向に対し、上記両被検出面同士で互いに異なる角度(絶対値が同じで方向が逆の場合を含む)だけ傾斜させる。
When carrying out the present invention, for example, as described in
又、上記請求項2、9に記載した発明を実施する場合に、好ましくは、請求項3、10に記載した様に、エンコーダを構成する1対の円筒部をそれぞれ磁性材製とすると共に、第一被検出部を、凹部、透孔、切り欠きのうちの何れかとし、第二被検出部を、円周方向に隣り合うこれら各第一被検出部同士の間に存在する部分とする。且つ、1対のセンサの検出部を、それぞれ磁気検知素子と永久磁石とを組み合わせて成るものとし、上記両センサの検出部を構成する永久磁石として、互いに1つの永久磁石を共用する。
この様な構造を採用すれば、全体としての部品点数を減らす事ができる為、コストの低減を図れる。
When carrying out the inventions described in the second and ninth aspects, preferably, as described in the third and tenth aspects, each of the pair of cylindrical portions constituting the encoder is made of a magnetic material, The first detected portion is one of a recess, a through hole, and a notch, and the second detected portion is a portion that exists between the first detected portions adjacent in the circumferential direction. . In addition, the detection units of the pair of sensors are each composed of a combination of a magnetic sensing element and a permanent magnet, and one permanent magnet is shared as the permanent magnet that constitutes the detection unit of both sensors.
By adopting such a structure, the number of parts as a whole can be reduced, so that the cost can be reduced.
又、本発明を実施する場合には、例えば請求項4、11に記載した様に、回転側部材を静止側部材の径方向内方に設け、この回転側部材又はこの回転側部材に内嵌固定した回転軸に対し、エンコーダを支持固定する事もできる。
又、例えば請求項5、12に記載した様に、静止側部材を自動車の懸架装置に支持固定する静止輪とし、回転側部材を車輪を支持固定するハブとする事もできる。
又、例えば請求項6、13に記載した様に、1対のセンサの出力信号の位相差に基づいて、静止側部材と回転側部材との軸方向の相対変位量(相対変位の向き及び大きさ)を算出する演算器を備える事もできる。
更に、本発明のうちの変位測定装置付回転支持装置の発明を実施する場合に、例えば請求項7に記載した様に、上記演算器に、算出した軸方向の相対変位量に基づき、静止側部材と回転側部材との間に作用しているアキシアル荷重を算出する機能を持たせる事もできる。
In carrying out the present invention, for example, as described in
Further, for example, as described in
Further, as described in, for example, claims 6 and 13, based on the phase difference between the output signals of a pair of sensors, the relative displacement amount in the axial direction between the stationary member and the rotating member (direction and magnitude of relative displacement). It is also possible to provide an arithmetic unit for calculating (S).
Furthermore, when carrying out the invention of the rotation support device with a displacement measuring device of the present invention, for example, as described in
図1〜9は、請求項1、2、4、5、6、7、8、9、11、12、13に対応する、本発明の実施例1を示している。本実施例の場合、対象となる回転支持装置は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為の車輪支持用軸受ユニットである。即ち、図1に示す様に、懸架装置に支持された状態で回転しない静止側部材である外輪1の径方向内方に、車輪を支持固定する回転側部材であるハブ2を、複数個の転動体3、3を介して回転自在に支持している。又、上記外輪1の内端部(軸方向に関して「内」とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向中央側を言い、図1の右側。反対に、車両の幅方向外側となる、図1の左側を、軸方向に関して「外」と言う。本明細書全体で同じ。)に有底円筒状のカバー6を内嵌固定し、このカバー6により、上記外輪1の内端開口を塞いでいる。そして、上記ハブ2の内端部に円環状のエンコーダ4aを、このハブ2と同心に支持固定すると共に、上記カバー6の底板部の径方向外端部に、1対のセンサ5a、5aを支持している。
1 to 9 show a first embodiment of the present invention corresponding to
上記エンコーダ4aは、それぞれが軟鋼板等の磁性金属板により全体を円環状に構成した1対の環状部材7、8を、図1〜2に示す様に、径方向に関して互いに組み合わせて成る。そして、径方向に関して互いに重ね合わせた上記両環状部材7、8の軸方向外端部を、上記ハブ2の内端部に外嵌固定している。又、上記両環状部材7、8の軸方向内半部には、それぞれ互いに同心に、且つ、径方向に重畳して配置された1対の円筒部9、10を設けている。そして、これら径方向外側の円筒部9及び径方向内側の円筒部10(それぞれ図1〜2に斜格子を付して示した部分)の各外周面を、それぞれ外径側被検出面11及び内径側被検出面12としている。図5〜6に示す様に、これら外径側被検出面11{図5〜6の(A)}及び内径側被検出面12{図5〜6の(B)}にはそれぞれ、第一被検出部である凸部13a(13b)と、第二被検出部である凹部14a(14b)とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔(等しい中心角ピッチ)で配置している。これと共に、上記各凸13a(13b)と上記各凹部14a(14b)との境界を、上記エンコーダ4aの軸方向に対し同じ角度だけ傾斜させている。又、本実施例の場合には、上記軸方向に対する上記境界の傾斜角度の絶対値を、上記外径側被検出面11と上記内径側被検出面12とで互いに等しくする{|θ|(図示の例では45度)とする}と共に、上記軸方向に対する上記境界の傾斜方向(±)を、上記外径側被検出面11と上記内径側被検出面12とで互いに逆にしている。即ち、この外径側被検出面11に存在する境界の傾斜角度を+θとすると共に、上記内径側被検出面12に存在する境界の傾斜角度を−θとしている。又、上記各凸部13a(13b)と上記各凹部14a(14b)とを円周方向に関して交互に配置する中心角ピッチを、上記外径側被検出面11と上記内径側被検出面12とで互いに等しくしている。更に、これら外径側被検出面11と内径側被検出面12とで、上記各凸部13a、13b同士(上記各凹部14a、14b同士)の円周方向の配置の位相を、図5の鎖線α、α上、即ち、上記外径側被検出面11及び内径側被検出面12の軸方向中央部で互いに一致させている。
The
又、上記各センサ5a、5aはそれぞれ、ホールIC、ホール素子、MR、GMR等の磁気検知素子15と永久磁石16とを組み合わせて成る、検出部17を有する。そして、径方向外側に配置したセンサ5aの検出部17を上記外径側被検出面11に、径方向内側に配置したセンサ5aの検出部17を上記内径側被検出面12に、それぞれ対向させている。本実施例の場合、上記両検出部17、17が上記外径側被検出面11及び内径側被検出面12に対向する位置は、上記エンコーダ4aの円周方向に関して同じ位置としている。言い換えれば、上記両検出部17、17は、上記エンコーダ4aの中心軸を含む同一の仮想平面上に配置されている。又、上記外輪1と上記ハブ2との間にアキシアル荷重が作用しない状態で、上記両検出部17、17は、上記外径側被検出面11及び内径側被検出面12の軸方向中央部{図5の鎖線α、α上}に対向する様に、上記エンコーダ4a及び上記両センサ5a、5aの設置位置を規制している。又、これら各センサ5a、5aの出力信号は、それぞれハーネス18、18を通じて、車体側に設けた図示しない演算器に送り込み自在としている。
Each of the
上述の様に構成する本実施例の変位検出装置付回転支持装置(荷重測定装置付回転支持装置)の場合、上記外輪1と上記ハブ2との間にアキシアル荷重が作用すると、上記両センサ5a、5aの出力信号が変化する位相がずれる。即ち、上記外輪1と上記ハブ2との間にアキシアル荷重が作用していない状態では、上記両センサ5a、5aの検出部17、17は、図7(A)(a)の鎖線α、α上、即ち、上記外径側被検出面11及び内径側被検出面12の軸方向中央部に対向する。従って、上記両センサ5a、5aの出力信号の位相は、図7(A)(b)に示す様に一致する。尚、この様な出力結果は、同図(B)(b)に示す様な、前述した先発明で上記アキシアル荷重が作用していない場合に得られる出力結果と一致する。
In the case of the rotation support device with a displacement detection device (rotation support device with a load measuring device) of the present embodiment configured as described above, when an axial load acts between the
これに対し、上記エンコーダ4aを支持固定したハブ2に、図7(A)(a)で下向きのアキシアル荷重が作用し(上記外輪1と上記ハブ2とが軸方向に相対変位し)た場合には、上記両センサ5a、5aの検出部17、17は、図8(A)(a)の鎖線β、β上、即ち、上記軸方向中央部からの軸方向に関するずれが互いに等しい部分に対向する。この状態で、上記両センサ5a、5aの出力信号の位相は、図8(A)(b)に示す様にずれる。尚、この様な出力結果も、同図(B)(b)に示す様な、前述した先発明で上述した様なアキシアル荷重が作用した場合に得られる出力結果と一致する。
On the other hand, when a downward axial load acts on the
更に、上記エンコーダ4aを支持固定したハブ2に、図7(A)(a)で上向きのアキシアル荷重が作用し(上記外輪1と上記ハブ2とが軸方向に相対変位し)た場合には、上記両センサ5a、5aの検出部17、17は、図9(A)(a)の鎖線γ、γ上、即ち、上記軸方向中央部からの軸方向に関するずれが、逆方向に互いに等しい部分に対向する。この状態で、上記両センサ5a、5aの出力信号の位相は、図9(A)(b)に示す様にずれる。尚、この様な出力結果も、同図(B)(b)に示す様な、前述した先発明で上述した様なアキシアル荷重が作用した場合に得られる出力結果と一致する。
Further, in the case where an upward axial load acts on the
この様に、本実施例の変位測定装置付回転支持装置(荷重測定装置付回転支持装置)の場合には、前述した先発明の場合と同様、上記両センサ5a、5aの出力信号の位相が、上記外輪1と上記ハブ2との間に加わるアキシアル荷重の方向に応じた方向にずれる。又、このアキシアル荷重により上記両センサ5a、5aの出力信号の位相がずれる程度(変位量)は、このアキシアル荷重が大きくなる程大きくなる。そこで、本実施例の場合には、上記両センサ5a、5aの出力信号を前記演算器に、前記各ハーネス18、18を通じて送信する。そして、この演算器により、上記両センサ5a、5aの出力信号の位相ずれの有無、ずれが存在する場合にはその方向及び大きさに基づいて、上記外輪1とハブ2との軸方向の相対変位の向き及び大きさを求める。これと共に、この相対変位の向き及び大きさに基づいて、上記外輪1と上記ハブ2との間に作用しているアキシアル荷重の向き及び大きさを求める。このアキシアル荷重の作用方向及び大きさは、上記相対変位から求める他、上記両センサ5a、5aの出力信号の位相のずれから直接求める事もできる。又、上記各センサ5a、5aの出力信号の周波数は、上記エンコーダ4a及びハブ2の回転速度に応じて変化する。そこで、本実施例の場合には、上記演算器により、上記各センサ5a、5aのうちの少なくとも一方のセンサ5aの出力信号の周波数に基づいて、上記ハブ2の回転速度を求める。
Thus, in the case of the rotation support device with displacement measuring device (rotation support device with load measuring device) of the present embodiment, the phases of the output signals of both
上述の様に構成し作用する本実施例の変位測定装置付回転支持装置(荷重測定装置付回転支持装置)の場合には、図7〜9の(A)(a)に示す様に、エンコーダ4aを構成する1対の円筒部9、10の外周面に、それぞれ被検出面(外径側被検出面11又は内径側被検出面12)を1つずつ設けている。これに対し、図7〜9の(B)(a)に示す様に、先発明のエンコーダ4の場合には、1つの円筒部19の外周面に1対の被検出面11、12を軸方向に並列配置している。この為、本実施例の場合と先発明の場合とで、上記各被検出面11、12の幅を互いに同じ大きさにすると、図7〜9に示す様に、本実施例{同図(A)}の場合には、先発明{同図(B)}の場合と同様の出力結果を得られる構造でありながら、本発明のエンコーダ4aを構成する各円筒部9、10(図1〜2に斜格子を付して示した部分)の軸方向寸法WA を、先発明のエンコーダ4を構成する円筒部19の軸方向寸法Wに比べて、半分の大きさ(WA =W/2)にできる。そして、本実施例のエンコーダ4aの場合には、上記1対の円筒部9、10を、互いに同心に且つ径方向に重畳して配置している為、これら両円筒部9、10が軸方向に嵩張る事はない。従って、本実施例の場合には、ハブ2とカバー6との間に存在する、軸方向寸法が小さい狭小空間に、上記各円筒部9、10をゆとりを持って設置できる。
In the case of the rotation support device with a displacement measuring device (rotation support device with a load measuring device) of the present embodiment constructed and operated as described above, as shown in FIGS. One detected surface (the outer diameter side detected
次に、図10〜13は、やはり請求項1、2、4、5、6、7、8、9、11、12、13に対応する、本発明の実施例2を示している。本実施例の場合には、エンコーダ4bを構成する1対の円筒部9a、10aのうち、径方向外側の円筒部9aの内周面に外径側被検出面11を、径方向内側の円筒部10aの外周面に内径側被検出面12を、それぞれ設けている。又、本実施例の場合には、1対のセンサを、1つのセンサユニット20として一体化している。そして、このセンサユニット20内に設けた各センサの検出部17、17を1つずつ、上記外径側被検出面11と上記内径側被検出面12とに対向させている。又、上記1対のセンサの出力信号を図示しない演算器に送るハーネス18も、1本に束ねている。その他の構成及び作用は、上述した実施例1の場合と同様である。
Next, FIGS. 10 to 13 show a second embodiment of the present invention that also corresponds to the first, second, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, ninth, eleventh, twelfth and thirteenth aspects. In the case of the present embodiment, of the pair of
次に、図14〜15は、請求項1〜13に対応する、本発明の実施例3を示している。本実施例の場合には、1対のセンサの検出部17a、17bを構成する永久磁石として、1つの永久磁石16aを共用している。具体的には、この永久磁石16aのN極側の端面に磁気検知素子15を添設する事で一方の検出部17aを構成し、同じくS極側の端面に別の磁気検知素子15を添設する事で他方の検出部17bを構成している。そして、この様な構成を採用する事により、部品点数(永久磁石の数)を減らして、低コスト化を図っている。尚、本実施例の場合には、上記両検出部17a、17b同士で、上記各磁気検知素子15、15内を通る磁束の向きが互いに逆になる。この為、外輪1とハブ2(図1参照)との間にアキシアル荷重が作用していない状態では、上記1対のセンサの出力信号の位相が互いに逆になる。その他の構成及び作用は、上述した実施例2の場合と同様である。
Next, FIGS. 14 to 15 show a third embodiment of the present invention corresponding to
尚、本発明を実施する場合、エンコーダは、上記各実施例で示したものに限らず、特許請求の範囲に記載された条件を満たす限り、各種のものを採用できる。例えば、図16の(A)〜(D)に示す様な断面形状を有するエンコーダ4c〜4fを採用する事もできる。この場合に、互いに同心に且つ径方向に重畳して配置した1対の円筒部9c〜9f、10c〜10fの外周面と内周面とのうち、何れの周面を被検出面とするかは、任意に決定できる。但し、決定に際しては、上記被検出面に対向する部分にセンサ設置空間が必要である点に留意する。
When implementing the present invention, the encoder is not limited to those shown in the above embodiments, and various encoders can be adopted as long as the conditions described in the claims are satisfied. For example, encoders 4c to 4f having a cross-sectional shape as shown in FIGS. In this case, which one of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the pair of
又、エンコーダを構成する1対の円筒部を磁性材製とする場合、これら各円筒部の外周面又は内周面に設ける1対の被検出面としては、例えば、図17に示す様に、第一被検出部を透孔21a、21bとし、第二被検出部を柱部22a、22bとしたものや、図18に示す様に、第一被検出部を切り欠き23a、23bとし、第二被検出部を舌片24a、24bとしたものを採用する事もできる。又、1対の円筒部を永久磁石製とし、且つ、これら各円筒部の外周面又は内周面に設ける1対の被検出面として、図19に示す様に、第一被検出部をN極に着磁された部分とし、第二被検出部をS極に着磁された部分としたものを採用する事もできる。この様に1対の円筒部を永久磁石製とする場合には、1対のセンサ側には永久磁石を組み込まない。
Further, when a pair of cylindrical portions constituting the encoder is made of a magnetic material, as a pair of detected surfaces provided on the outer peripheral surface or inner peripheral surface of each cylindrical portion, for example, as shown in FIG. The first detected portion is the through
又、上述した各実施例では、エンコーダの軸方向に対する、第一被検出部(凹部等)と第二被検出部(凸部等)との境界の傾斜角度の絶対値を、1対の被検出面同士で互いに等しくする(|θ|とする)と共に、上記エンコーダの軸方向に対する上記境界の傾斜方向(±)を、上記1対の被検出面同士で互いに逆にする構成を採用した。但し、本発明を実施する場合、上記傾斜角度の絶対値は、上記1対の被検出面同士で互いに異ならせる事もできる。又、この様に1対の被検出面同士で上記傾斜角度の絶対値を互いに異ならせる場合には、上記傾斜方向を、上記1対の被検出面同士で互いに等しくしたり、何れかの被検出面の境界を軸方向に対し傾斜させない事もできる。何れの場合でも、静止側部材と回転側部材とが軸方向に相対変位した場合に、この相対変位の向き及び大きさに見合った分、1対のセンサの出力信号の位相を、互いにずらせる事ができる。但し、上記静止側部材と上記回転側部材との間の相対変位量及び作用荷重の測定感度を十分に確保する為には、上記両センサの出力信号の位相差を、軸方向の変位に対して高い割合で変化させられる様にするのが好ましい。従って、何れの構成を採用する場合も、上記両センサの出力信号の位相差を、軸方向の変位に対して高い割合で変化させられる様にすべく、一方の被検出面に存在する境界の方向と、上記他方の被検出面に存在する境界の方向との間の開き角度(角度差)を、十分に確保する事が好ましい。 Further, in each of the above-described embodiments, the absolute value of the inclination angle of the boundary between the first detected portion (concave portion and the like) and the second detected portion (convex portion and the like) with respect to the axial direction of the encoder is calculated as one pair The detection surfaces are made equal (| θ |), and the inclination direction (±) of the boundary with respect to the axial direction of the encoder is reversed between the pair of detection surfaces. However, when carrying out the present invention, the absolute value of the inclination angle can be made different between the pair of detected surfaces. Further, when the absolute value of the tilt angle is made different between the pair of detected surfaces in this way, the tilt direction is made equal between the pair of detected surfaces, or any one of the detected surfaces. It is also possible not to incline the boundary of the detection surface with respect to the axial direction. In any case, when the stationary member and the rotating member are relatively displaced in the axial direction, the phases of the output signals of the pair of sensors are shifted from each other by an amount corresponding to the direction and magnitude of the relative displacement. I can do things. However, in order to ensure sufficient measurement sensitivity of the relative displacement amount and the applied load between the stationary side member and the rotating side member, the phase difference between the output signals of both sensors is set to the axial displacement. It is preferable to change the ratio at a high rate. Therefore, regardless of which configuration is used, the boundary between the detected surfaces of one of the detected surfaces should be changed so that the phase difference between the output signals of both sensors can be changed at a high rate with respect to the axial displacement. It is preferable to ensure a sufficient opening angle (angle difference) between the direction and the direction of the boundary existing on the other detected surface.
1 外輪
2 ハブ
3 転動体
4、4a〜4f エンコーダ
5、5a センサ
6 カバー
7 環状部材
8 環状部材
9、9a〜9f 円筒部
10、10a〜10f 円筒部
11 外径側被検出面
12 内径側被検出面
13a、13b 凸部
14a、14b 凹部
15 磁気検知素子
16、16a 永久磁石
17、17a、17b 検出部
18 ハーネス
19 円筒部
20 センサユニット
21a、21b 透孔
22a、22b 柱部
23a、23b 切り欠き
24a、24b 舌片
DESCRIPTION OF
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006214195A JP2007078678A (en) | 2005-08-19 | 2006-08-07 | Rotation supporting device with displacement measuring unit, and rotation supporting device with load measuring unit |
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=37939147
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006214195A Pending JP2007078678A (en) | 2005-08-19 | 2006-08-07 | Rotation supporting device with displacement measuring unit, and rotation supporting device with load measuring unit |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009074858A (en) * | 2007-09-19 | 2009-04-09 | Jtekt Corp | Torque detection device |
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JP2011179551A (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Nsk Ltd | Bearing with sensor |
-
2006
- 2006-08-07 JP JP2006214195A patent/JP2007078678A/en active Pending
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