JP4517648B2 - 転がり軸受ユニットの荷重測定装置 - Google Patents
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Description
又、請求項4に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合には、上記演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との比に基づいて、上記静止輪と上記回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する。
又、請求項5に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合には、上記演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との差に基づいて、上記静止輪と上記回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する。
又、請求項7に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合には、上記演算器は、一方の列の転動体の公転速度を表す信号と他方の列の転動体の公転速度を表す信号とを合成して得られる合成信号のうねりの周期と周波数とのうちの何れかに基づいて、上記静止輪と上記回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する。
又、請求項3に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合には、上記演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との積と、上記回転輪の回転速度の二乗との比に基づいて、上記静止輪とこの回転輪との間に加わるラジアル荷重を算出する。
又、請求項6に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合には、上記演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との差と、上記回転輪の回転速度との比に基づいて、上記静止輪とこの回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する。
又、請求項8に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合には、上記演算器は、一方の列の転動体の公転速度を表す信号と他方の列の転動体の公転速度を表す信号とを合成して得られる合成信号のうねりの周期と周波数とのうちの何れかと、上記回転輪の回転速度との比に基づいて、上記静止輪とこの回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する。
従って、比較的低コストで構成できるにも拘らず、各車輪等の回転部材に加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を、制御の為に必要とされる精度を確保しつつ測定できる。この為、例えば、各種車両用走行安定装置、或は各種機械装置の高性能化に寄与できる。
又、前述の請求項2、3に記載した発明によれば、上記回転輪の回転速度が変化する場合にも、上記ラジアル荷重を精度良く求められる。
又、前述の請求項4に記載した発明によれば、上記回転輪の回転速度が変化する場合にも、上記アキシアル荷重を、必要な精度を確保しつつ求められる。
又、前述の請求項5に記載した発明によれば、上記回転輪の回転速度が一定である限り、上記アキシアル荷重を、必要な精度を確保しつつ求められる。
又、前述の請求項6に記載した発明によれば、上記回転輪の回転速度が変化した場合でも、上記アキシアル荷重を、十分な精度を確保しつつ求められる。
又、前述の請求項7に記載した発明によれば、上記転がり軸受ユニット側に設けた複数のセンサから、車体側に設けた制御器に信号を伝達する為のハーネスの本数を削減して、低コスト化を図れる。
更に、前述の請求項8に記載した発明によれば、上記ハーネスの本数の削減と共に、上記回転輪の回転速度が変化する場合にも、上記アキシアル荷重を十分な精度を確保しつつ求められる。
即ち、本発明を実施する場合に使用する公転速度検出用センサ及び回転速度検出用センサとしては、転動体の公転と共に回転する公転速度検出用エンコーダ、或は回転輪と共に回転する回転速度検出用エンコーダの磁気特性の変化に対応して出力を変化させる、磁気式のものを使用する事が好ましい。この様な磁気式のセンサとして従来から、ホール素子、磁気抵抗素子等の、磁性変化に対応して特性を変化させる磁気検出素子を組み込んだアクティブ型のものと、上述の様なパッシブ型のものとがある。低速回転時から出力の変化量を確保できるアクティブ型は、低速回転時の公転速度又は回転速度を正確に測定できる面からは好ましいが、現状ではパッシブ型のセンサに比べて高価である。そこで、低速回転時の速度検出の信頼性確保に関して特に重要でない一部のセンサ(例えば公転速度検出用センサ)として、比較的低コストのパッシブ型のものを使用すれば、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を抑えられる。
尚、アクティブ型のセンサを使用する場合でも、パッシブ型のセンサを使用する場合でも、コストの低減を図るべく、永久磁石を備えたセンサと着磁しないエンコーダ(トーンホイール)とを組み合わせて使用する事もできる。この様なエンコーダとしては、鉄等の磁性材により造ると共に、被検出面に透孔や凹凸を円周方向に亙って交互に且つ等間隔に設けたものを使用する事ができる。又、この様なエンコーダに代えて、鉄製の保持器の被検出面に円周方向に亙って交互に且つ等間隔に凹凸を設けたものや、合成樹脂製の保持器の被検出面に同じく凹凸を設けると共に、この凹凸面に磁性材のメッキを施したものを使用する事もできる。
センサとしてレゾルバを使用すると、アクティブ型或はパッシブ型の磁気センサに比べて、1回転当りのセンサの出力変化の回数(パルス数)を多くできる。この結果、公転速度検出或は回転速度検出の応答性を向上させて(公転速度或は回転速度の検出タイミングを、よりリアルタイムに近くできて)、求めた荷重に基づく移動体の運行の安定性確保を、より高精度に行なえる。
この様に構成すれば、上記1対の公転速度検出用センサと上記回転速度検出用センサとの間での磁気干渉を小さくできて、公転速度及び回転速度検出の信頼性向上を図れる。
この場合に、例えば、上記1対の公転速度検出用センサを静止輪の軸方向中央部で転動体の1対の列同士の間部分に、上記回転速度検出用センサをこの静止輪の軸方向端部に、それぞれ支持する。
この様に構成すれば、上記1対の公転速度検出用センサを設置する為に上記静止輪に形成する取付孔の内径を小さく抑えて、この静止輪の剛性及び強度の確保が容易になる。
この様に構成する事によっても、1対の公転速度検出用センサと回転速度検出用センサとの間での磁気干渉を小さくできて、公転速度及び回転速度検出の信頼性向上を図ると同時に、上記センサユニットを設置する為に上記静止輪に形成する取付孔の内径を小さく抑えて、この静止輪の剛性及び強度の確保が容易になる。
この様に構成すれば、荷重測定装置を構成する上記各センサを備えた転がり軸受ユニットを懸架装置に組み付けた後、上記プラグを上記コネクタに接続する事により、上記ハーネスを上記転がり軸受ユニットに組み付けられる。従って、この転がり軸受ユニットを上記懸架装置に組み付ける際に、上記ハーネスが邪魔にならず、組み付け作業の容易化を図れる他、このハーネスに絶縁層の破損や断線等の故障が発生しにくくできる。又、仮にこのハーネスが損傷した場合にも、修理作業は、このハーネス及びプラグの交換のみで足り、修理に要するコストを低く抑えられる。
この様な構成を採用する場合に好ましくは、上記各センサを、単一のセンサユニットを構成するセンサホルダに保持し、上記コネクタを、このセンサホルダに一体に設ける。
この様に構成すれば、上記静止輪への上記コネクタの設置を、容易に行なえる。
この様に構成すれば、回転速度検出用センサを省略した分、センサ自体のコスト並びに設置スペースの低減を図れる他、信号伝達用のハーネスの本数の低減により、コスト並びに設置スペースの低減を図れる。
この場合に、例えば、1対の公転速度検出用センサの検出信号に基づいて求められる、両列の転動体の公転速度の平均値を、回転輪の回転速度の推定値とする。
この様に構成すれば、大きなアキシアル荷重が作用した場合にも、上記回転輪の回転速度を、上記ABSやTCS等の制御の為に必要な精度を確保した状態で求められる。
尚、上述の様に回転速度検出用センサを省略した場合に、例えば前述の請求項4に記載した様な、一方の列の公転速度と他方の列の公転速度との比に基づいてアキシアル荷重を算出する場合には、回転輪の回転速度の変化に拘わらずこのアキシアル荷重を算出できる為、公転速度検出用センサの検出信号に基づいて回転輪の回転速度を推定しなくても良い。
この様な構造は、剛性が高く、しかも荷重に基づく上記各玉の公転速度の変化が大きい構造である為、車輪を安定して支持する機能を確保しつつ、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わる荷重を精度良く求められる。
この場合には、公転速度検出用のエンコーダが不要になり、部品点数の低減に基づく軽量化並びにコスト低減が可能になる。
或は、各列の転動体の公転速度を、各転動体を保持した保持器の回転速度として測定する事もできる。
この場合に、保持器と、この保持器と別個に造ったエンコーダとを、互いに同心に結合固定し、このエンコーダの被検出面に各公転速度検出用センサの検出部を対向させる事により上記保持器の回転速度を測定自在とする。
或は、磁性材製の粉末を混入した、合成樹脂等の弾性材により一体に形成された保持器を着磁する事で、この保持器の何れかの面でこの保持器の回転中心をその中心とする被検出面にS極とN極とを、交互に且つ等間隔で配置し、この被検出面に各公転速度検出用センサの検出部を対向させる事で、上記保持器の回転速度を測定自在とする事もできる。
この様に、各転動体の公転速度を、保持器の回転速度として測定する構造を採用した場合には、公転速度の検出精度を向上させる事ができる。
尚、エンコーダを使用した構造を採用する場合には、エンコーダの内径を、保持器のうちでこのエンコーダを取り付けた取付面の内径よりも大きく、このエンコーダの外径を、この取付面の外径よりも小さくする事が好ましい。
この様に構成すれば、エンコーダと静止輪及び回転輪との干渉を防止しつつ、上記各転動体の公転速度を精度良く測定できる構造を実現できる。
この場合に好ましくは、請求項11に記載した様に、公転速度検出用センサを、各列毎に2個ずつ、上記各転動体の公転中心に関して180度反対側位置に設ける。
この様に構成すれば、上記各転動体のピッチ円直径の中心と上記保持器の中心とがずれ、この保持器が振れ回り運動した場合でも、この保持器の回転速度、即ち、上記各転動体の公転速度を正確に求められる。
この様に構成すれば、転がり軸受ユニットの耐久性低下に結び付く、過大なアキシアル荷重の負荷や、予圧抜け等の発生を検知して、走行不能な状態に陥る前に修理を行なう事ができる。
転動体を造る為の材料として一般的な軸受鋼に比べ、軽量なセラミック製の転動体を使用した場合には、公転速度の急変動に対する転動体の自転速度変化の追従性が向上し、公転滑りの発生を抑えて、公転速度を正確に測定できる。
nc ={1−(d・cosα/D)・(ni /2)}+{1+(d・cosα/D)・(no /2)} −−− (1)
(1)一方の列の転動体9a、9aの公転速度ncaと他方の列の転動体9b、9bの公転速度ncbとの比「ncb/nca」に基づいて、前記外輪1と前記ハブ2との間に加わるアキシアル荷重Fa を算出する(請求項4)。
(2)一方の列の転動体9a、9aの公転速度ncaと他方の列の転動体9b、9bの公転速度ncbとの差「ncb−nca」に基づいて、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Fa を算出する(請求項5)。
(3)一方の列の転動体9a、9aの公転速度ncaと他方の列の転動体9b、9bの公転速度ncbとの差「ncb−nca」と、上記ハブ2の回転速度ni との比「(ncb−nca)/ni 」に基づいて、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Fa を算出する(請求項6)。
(4)一方の列の転動体9a、9aの公転速度ncaを表す信号と他方の列の転動体9b、9bの公転速度ncbを表す信号とを合成して得られる合成信号に基づいて、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を算出する(請求項7、8)。
以下、これら(1)〜(4)の方法に就いて説明する。
但し、
ri :内輪軌道の溝半径(断面形状の曲率半径)
re :外輪軌道の溝半径(断面形状の曲率半径)
δ :弾性変形量
α0 :初期接触角
αn :運転中に於ける各列の接触角(αa 、αb )
Q=KN ×δ3/2 ----(3)
但し、
Q :転動体荷重
KN :転動体の定数
Fa =z×Q× sinαn ----(4)
Fr =z×Q× cosαn ----(5)
但し、
z :転動体の数
尚、外輪1側に設けるコネクタ37は、図25に示す様に、センサユニット23と別体とする他、図27に示す様に、センサユニット23aと一体とする事もできる。
本実施例の場合、各公転速度検出用センサ21a、21bは、各転動体9a、9bに対向する状態で設けられた磁気検出素子41と、この磁気検出素子41を挟んでこれら各転動体9a、9bと反対側に設けられた永久磁石42とを備える。これら各転動体9a、9bは、軸受鋼等の磁性材製としている。
この様な構成を有する本実施例の場合、上記各転動体9a、9bが上記磁気検出素子41の近傍を通過する瞬間には、この磁気検出素子41を透過する磁束の量が多くなるのに対して、上記各転動体9a、9bがこの磁気検出素子41から離れた部分に存在する間は、この磁気検出素子41を透過する磁束の量が少なくなる。そして、この磁束の量の変化に基づいてこの磁気検出素子41の特性が変化するので、この特性変化の周期(或は周波数)を測定すれば、上記各転動体9a、9bの公転速度を測定する事ができる。
又、図示の例では、上記両公転速度検出用センサ21a、21bを上記各転動体9a、9bの列同士の間に配置したが、これら両公転速度検出用センサ21a、21bの設置場所は、この列同士の間に限定するものではない。例えば、上記各転動体9a、9aを軸方向両側から挟む、外輪1の軸方向両端位置に、上記両公転速度検出用センサ21a、21b設ける事もできる。
尚、ハブ2の回転速度を検出する為の回転速度検出用エンコーダ13a及び回転速度検出用センサ15bの構造に関しては、特に限定しない。前述した各実施例と同様、従来から知られている各種構造のものを採用できる。
これに対して、各転動体9a、9bの列同士の間隔が狭い等、両公転速度検出用センサ21a、21bの設置空間が限られている場合には、図33に示す様に、これら両公転速度検出用センサ21a、21bを小型に構成できるアクティブ型の磁気センサとし、設置空間に余裕のある回転速度検出用センサ15bをパッシブ型で環状の磁気センサとする。その他の構成及び作用は、前述した各実施例と同様である。
2、2a ハブ
3 回転側フランジ
4 ハブ本体
5 ナット
6 内輪
7 外輪軌道
8 内輪軌道
9、9a、9b 転動体
10、10a 取付孔
11 変位センサ
12 センサリング
13、13a、13b 回転速度検出用センサ
14 カバー
15、15a、15b 回転速度検出用センサ
16 ナックル
17 固定側フランジ
18 ボルト
19 ねじ孔
20 荷重センサ
21、21a、21b 公転速度検出用エンコーダ
22、22a、22b 保持器
23、23´、23a センサユニット
24 先端部
25 リム部
26、26a、26b 公転速度検出用エンコーダ
27 外輪
28 内輪
29 外輪軌道
30 内輪軌道
31 カバー
32 空間
33 演算回路
34 メモリ
35a、35b 比較器
36a、36b 警報器
37 コネクタ
38 ハーネス
39 プラグ
40 スリンガ
41 磁気検出素子
42 永久磁石
43 ヨーク
44 コイル
45 ロータ
46 ステータ
47 ディスク
48 ホイール
49 スタッド
50 ナット
Claims (11)
- 使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分にそれぞれ2列ずつ形成された静止側軌道と回転側軌道との間にそれぞれ複数個ずつ、1対の列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして転動自在に設けられた転動体と、これら両列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の1対の公転速度検出用センサと、これら両公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止輪と上記回転輪との間に加わるラジアル荷重を算出する演算器とを備えた、転がり軸受ユニットの荷重測定装置であって、この演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との和に基づいて上記静止輪と上記回転輪との間に加わるラジアル荷重を算出する事を特徴とする転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
- 使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分にそれぞれ2列ずつ形成された静止側軌道と回転側軌道との間にそれぞれ複数個ずつ、1対の列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして転動自在に設けられた転動体と、上記回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサと、上記両列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の1対の公転速度検出用センサと、上記回転速度検出用センサから送り込まれる検出信号及びこれら両公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止輪と上記回転輪との間に加わるラジアル荷重を算出する演算器とを備えた、転がり軸受ユニットの荷重測定装置であって、この演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との和と、上記回転輪の回転速度との比に基づいて、上記静止輪とこの回転輪との間に加わるラジアル荷重を算出する事を特徴とする転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
- 使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分にそれぞれ2列ずつ形成された静止側軌道と回転側軌道との間にそれぞれ複数個ずつ、1対の列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして転動自在に設けられた転動体と、上記回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサと、上記両列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の1対の公転速度検出用センサと、上記回転速度検出用センサから送り込まれる検出信号及びこれら両公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止輪と上記回転輪との間に加わるラジアル荷重を算出する演算器とを備えた、転がり軸受ユニットの荷重測定装置であって、この演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との積と、上記回転輪の回転速度の二乗との比に基づいて、上記静止輪とこの回転輪との間に加わるラジアル荷重を算出する事を特徴とする転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
- 使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分にそれぞれ2列ずつ形成された静止側軌道と回転側軌道との間にそれぞれ複数個ずつ、1対の列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして転動自在に設けられた転動体と、これら両列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の1対の公転速度検出用センサと、これら両公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止輪と上記回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する演算器とを備えた、転がり軸受ユニットの荷重測定装置であって、この演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との比に基づいて、上記静止輪と上記回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する事を特徴とする転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
- 使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分にそれぞれ2列ずつ形成された静止側軌道と回転側軌道との間にそれぞれ複数個ずつ、1対の列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして転動自在に設けられた転動体と、これら両列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の1対の公転速度検出用センサと、これら両公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止輪と上記回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する演算器とを備えた、転がり軸受ユニットの荷重測定装置であって、この演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との差に基づいて、上記静止輪と上記回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する事を特徴とする転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
- 使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分にそれぞれ2列ずつ形成された静止側軌道と回転側軌道との間にそれぞれ複数個ずつ、1対の列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして転動自在に設けられた転動体と、上記回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサと、上記両列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の1対の公転速度検出用センサと、上記回転速度検出用センサから送り込まれる検出信号及びこれら両公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止輪と上記回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する演算器とを備えた、転がり軸受ユニットの荷重測定装置であって、この演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との差と、上記回転輪の回転速度との比に基づいて、上記静止輪とこの回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する事を特徴とする転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
- 使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分にそれぞれ2列ずつ形成された静止側軌道と回転側軌道との間にそれぞれ複数個ずつ、1対の列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして転動自在に設けられた転動体と、これら両列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の1対の公転速度検出用センサと、これら両公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止輪と上記回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する演算器とを備えた、転がり軸受ユニットの荷重測定装置であって、この演算器は、一方の列の転動体の公転速度を表す信号と他方の列の転動体の公転速度を表す信号とを合成して得られる合成信号のうねりの周期と周波数とのうちの何れかに基づいて、上記静止輪と上記回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する事を特徴とする転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
- 使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分にそれぞれ2列ずつ形成された静止側軌道と回転側軌道との間にそれぞれ複数個ずつ、1対の列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして転動自在に設けられた転動体と、上記回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサと、上記両列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の1対の公転速度検出用センサと、上記回転速度検出用センサから送り込まれる検出信号及びこれら両公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止輪と上記回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する演算器とを備えた、転がり軸受ユニットの荷重測定装置であって、この演算器は、一方の列の転動体の公転速度を表す信号と他方の列の転動体の公転速度を表す信号とを合成して得られる合成信号のうねりの周期と周波数とのうちの何れかと、上記回転輪の回転速度との比に基づいて、上記静止輪とこの回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する事を特徴とする転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
- 静止輪と回転輪とのうちの一方の軌道輪が外輪相当部材であり、他方の軌道輪が内輪相当部材であり、各転動体が玉であり、この内輪相当部材の外周面に形成された複列アンギュラ型の内輪軌道と上記外輪相当部材の内周面に形成された複列アンギュラ型の外輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつ設けられた玉に、背面組み合わせ型の接触角が付与されている、請求項1〜8の何れかに記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
- 各列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の公転速度検出用センサが、各列毎に複数個ずつ、上記各転動体の公転方向に関してずらせた状態で配置されている、請求項1〜9の何れかに記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
- 公転速度検出用センサが、各列毎に2個ずつ、各転動体の公転中心に関して180度反対側位置に設けられている、請求項10に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
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