JP6075245B2 - Rotating machine with physical quantity measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、自動車等の車両の車輪支持用転がり軸受ユニット、自動車用変速機、工作機械の主軸装置等の各種回転機械を構成する回転部材に作用する外力と、この回転部材の変位とのうちの、少なくとも一方の物理量を測定する機能を備えた物理量測定装置付回転機械の改良に関する。特に、本発明は、前記回転部材が一定の角速度で回転していない状況での、前記物理量の測定誤差を低減する事を目的とするものである。 The present invention relates to, for example, an external force acting on rotating members constituting various rotating machines such as a rolling bearing unit for supporting a wheel of a vehicle such as an automobile, a transmission for an automobile, a spindle device of a machine tool, and the displacement of the rotating member. The present invention relates to an improvement in a rotating machine with a physical quantity measuring device having a function of measuring at least one of the physical quantities. In particular, an object of the present invention is to reduce the measurement error of the physical quantity in a situation where the rotating member is not rotating at a constant angular velocity.
自動車の走行安定性確保の為の制御を、より高度に行わせる為に、自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットに物理量測定装置を組み込み、各車輪に加わる外力であるアキシアル荷重を測定する事が考えられている（例えば、特許文献１〜３参照）。図４は、これら特許文献１〜３等に記載されて従来から知られている、物理量測定装置付回転機械の従来構造の１例を示している。この物理量測定装置付回転機械は、回転機械である転がり軸受ユニット１と、エンコーダ２と、１対のセンサ３、３と、図示しない演算器とを備える。
In order to make the control for ensuring the running stability of the car more sophisticated, it is considered to incorporate a physical quantity measuring device into the rolling bearing unit for supporting the wheel of the car and measure the axial load that is the external force applied to each wheel. (For example, see Patent Documents 1 to 3). FIG. 4 shows an example of a conventional structure of a rotating machine with a physical quantity measuring device described in Patent Documents 1 to 3 and the like and conventionally known. This rotating machine with a physical quantity measuring device includes a rolling bearing unit 1 that is a rotating machine, an
このうちの転がり軸受ユニット１は、使用時に懸架装置に結合固定された状態で回転しない外輪４と、使用時に車輪を支持固定した状態でこの車輪と共に回転する、回転部材であるハブ５と、これら外輪４の内周面とハブ５の外周面との間に複列に設けられた複数個の転動体６、６とを備える。これら各転動体６、６には、背面組み合わせ型の接触角と共に、予圧が付与されている。
Among these, the rolling bearing unit 1 includes an
又、前記エンコーダ２は、前記ハブ５の軸方向内端部（図４の右端部）に、このハブ５と同心に支持固定されている。前記エンコーダ２は、前記ハブ５の軸方向内端部に外嵌固定された、磁性金属製で円環状の芯金７と、この芯金７の外周面に全周に亙り固定された、永久磁石製で円筒状のエンコーダ本体８とから成る。前記ハブ５と同心の被検出部である、このエンコーダ本体８の外周面には、Ｓ極とＮ極とが円周方向に関して交互に且つ等ピッチで配置されている。これらＳ極とＮ極との境界は、軸方向中央部が円周方向に関して最も突出した、Ｖ字形になっている。
The
又、前記両センサ３、３は、前記外輪４の軸方向内端開口を塞ぐ金属板製のカバー９の内側に保持固定された、合成樹脂製のセンサホルダ１０に包埋されている。そして、この状態で、前記両センサ３、３の検出部を、前記エンコーダ２の被検出部の軸方向（幅方向）両半部に、それぞれ１つずつ近接対向させている。尚、前記両センサ３、３の検出部には、ホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の磁気検知素子が組み込まれている。
The
又、前記両センサ３、３の出力信号である１対のパルス信号のうち、何れか一方をＡ相とし、他方をＢ相とした場合に、前記外輪４と前記ハブ５とがアキシアル方向（軸方向）に相対変位していない中立状態での、これらＡ相とＢ相との間の位相差ＴDは、図５の（ａ）に示す様に、電気角でπ（rad）＝１８０（度）に設定されている。この為に、前記両センサ３、３及びエンコーダ２の構成や相対位置等が規制されている。
In addition, when one of the pair of pulse signals that are output signals of the
上述の様な構成を有する物理量測定装置付回転機械の場合、前記外輪４と前記ハブ５との間にアキシアル荷重が作用する事により、これら外輪４とハブ５とがアキシアル方向に相対変位し、これに伴って、前記両センサ３、３の検出部による、前記エンコーダ２の被検出部の走査位置が軸方向に変化すると、例えば図５の（ａ）→（ｂ）の順に示す様に、前記位相差ＴDが変化する。ここで、この位相差ＴDとＡ相のパルス周期ＴAとの比である位相差比ｒ＝ＴD／ＴAは、前記アキシアル荷重（アキシアル方向の相対変位）に見合った値をとる。従って、この位相差比ｒに基づいて、このアキシアル荷重（アキシアル方向の相対変位）を求める事ができる。尚、これらを求める処理は、前記演算器が行う。この為に、この演算器のメモリ中には、予め理論計算や実験により調べておいた、前記位相差比ｒと前記アキシアル荷重（アキシアル方向の相対変位）との関係（零点及びゲイン）を表す、式やマップが記憶されている。
In the case of the rotating machine with a physical quantity measuring device having the above-described configuration, an axial load acts between the
即ち、前記演算器は、自身に入力される、前記Ａ相と前記Ｂ相とに含まれる立上りパルスエッジと立下りパルスエッジとのうちの何れか一方である対象パルスエッジ（図示の例では、立下りパルスエッジ）の入力時刻を、順次計測する。そして、前記Ａ相に含まれる対象パルスエッジのうちで、互いに連続して入力される２つの対象パルスエッジＥA1、ＥA2の入力時刻ｔA1、ｔA2と、前記Ｂ相に含まれる対象パルスエッジのうちで、これら両入力時刻ｔA1、ｔA2間に入力される、１つの対象パルスエッジＥBの入力時刻ｔBとを利用して、前記位相差比ｒ＝ＴD／ＴA＝（ｔB−ｔA1）／（ｔA2−ｔA1）を算出する。そして、この算出した位相差比ｒに基づき、前記式やマップを利用して、前記アキシアル荷重（アキシアル方向の相対変位）を算出する。この算出処理は、前記演算器に前記Ａ相の対象パルスエッジが１つずつ入力される度に（当該対象パルスエッジをその都度、前記ＥA2として）行われる。 That is, the computing unit is input to itself, the target pulse edge that is one of the rising pulse edge and the falling pulse edge included in the A phase and the B phase (in the illustrated example, The input time of the falling pulse edge) is sequentially measured. Among the target pulse edges included in the A phase, the input times t A1 and t A2 of the two target pulse edges E A1 and E A2 that are continuously input to each other, and the target pulse included in the B phase of the edge, these two input time t A1, is input between t A2, using the input time t B of one target pulse edge E B, the phase difference ratio r = T D / T a = Calculate (t B −t A1 ) / (t A2 −t A1 ). And based on this calculated phase difference ratio r, the said axial load (relative displacement of an axial direction) is calculated using the said formula and map. This calculation process, the every time the target pulse edge of the A-phase are inputted one by one (each time the target pulse edge, as the E A2) to said computing unit is performed.
ところで、上述した様な物理量測定装置付回転機械の場合には、車両が加速又は減速する事に伴って、前記ハブ５及びエンコーダ２に正又は負の角加速度が生じる。そして、この様な角加速度が生じる事に伴って、測定すべき物理量（アキシアル荷重、アキシアル方向の相対変位）の変化とは無関係に、前記演算器が算出する位相差比ｒに変化が生じると言った問題が発生する。この点に就いて、以下、具体的に説明する。
Incidentally, in the case of the rotating machine with a physical quantity measuring device as described above, positive or negative angular acceleration occurs in the
先ず、車両が定速走行している場合、即ち、前記エンコーダ２に角加速度が生じておらず、このエンコーダ２の角速度が一定である場合を考える。図６の（ａ）（ｂ）は、この場合に於ける、中立状態でのＡ相及びＢ相を示している。これらＡ相及びＢ相の周期は、前記角速度が小さい場合には（ａ）に示す様に長くなり、この角速度が大きい場合には（ｂ）に示す様に短くなる。但し、何れの場合も、Ａ相及びＢ相の周期は時間変化する事なく一定に保たれる為、位相差ＴDに対応する時間は、パルス周期ＴAに対応する時間の半分となる。従って、位相差比ｒ＝ＴD／ＴAは０．５となる。つまり、前記角加速度が生じていない場合には、前記物理量の変化とは無関係に、位相差比ｒに変化が生じる事はない。
First, consider a case where the vehicle is traveling at a constant speed, that is, a case where no angular acceleration is generated in the
次に、車両が加速又は減速している場合、即ち、前記エンコーダ２に正又は負の角加速度が生じている場合を考える。図７の（ａ）（ｂ）は、この場合に於ける、中立状態でのＡ相及びＢ相を示している。これらＡ相及びＢ相のパルス幅（高レベル継続時間）及びパルス間隔（低レベル継続時間）は、前記角加速度が正の場合には（ａ）に示す様に徐々に減少し、この角加速度が負の場合には（ｂ）に示す様に徐々に増大する。この為、（ａ）の場合には、位相差ＴDに対応する時間が、パルス周期ＴAに対応する時間の半分よりも長くなり、位相差比ｒ＝ＴD／ＴAが０．５よりも大きく（ｒ＞０．５に）なる。これに対し、（ｂ）の場合には、位相差ＴDに対応する時間が、パルス周期ＴAに対応する時間の半分よりも短くなり、位相差比ｒ＝ＴD／ＴAが０．５よりも小さく（ｒ＜０．５に）なる。又、何れの場合も、前記角加速度の絶対値が大きくなる程、位相差比ｒは０．５から遠ざかる値をとる。つまり、前記角加速度が生じている場合には、この角加速度の値（正負の符号を含む）によって、前記物理量の変化とは無関係に、位相差比ｒに変化が生じる。
Next, a case where the vehicle is accelerating or decelerating, that is, a case where a positive or negative angular acceleration occurs in the
尚、前記角加速度が生じている、図７の（ａ）（ｂ）の場合でも、Ａ相及びＢ相を電気角で見れば、位相差ＴDはπ（rad）であり、パルス周期ＴAは２π（rad）である為、位相差比ｒ＝ＴD／ＴAは０．５になる。つまり、位相差ＴD及びパルス周期ＴAを電気角で見れば、前記角加速度が生じている場合でも、位相差比ｒを正確に算出できる。尚、これら位相差ＴD及びパルス周期ＴAのうち、パルス周期ＴAの電気角は、常に２π（rad）であるが、位相差ＴDの電気角は、前記物理量の変化に伴って変化する。この為、この位相差ＴDの電気角のみを計測すれば良い。 Even in the case of FIGS. 7A and 7B in which the angular acceleration occurs, the phase difference T D is π (rad) when the A phase and the B phase are viewed as electrical angles, and the pulse period T a since a 2π (rad), the phase difference ratio r = T D / T a becomes 0.5. In other words, if the phase difference T D and the pulse period T A are viewed as electrical angles, the phase difference ratio r can be accurately calculated even when the angular acceleration occurs. Of these phase differences T D and pulse periods T A , the electrical angle of the pulse period T A is always 2π (rad), but the electrical angle of the phase difference T D changes with the change of the physical quantity. To do. For this reason, it is sufficient to measure only the electrical angle of the phase difference T D.
ところが、この位相差ＴDの電気角を直接計測する事は困難である。この為、上述した従来の物理量測定装置付回転機械の場合には、位相差ＴD（及びパルス周期ＴA）を、これらに対応する時間（対象パルスエッジの入力時刻の差）で計測する様にしている。そして、この事に起因して、上述した様な問題が発生する状況になっている。 However, it is difficult to measure the electrical angle of the phase difference T D directly. For this reason, in the case of the above-described conventional rotating machine with a physical quantity measuring device, the phase difference T D (and the pulse period T A ) is measured by the corresponding time (difference in input time of the target pulse edge). I have to. As a result, the above-described problem occurs.
何れにしても、上述した様な従来の物理量測定装置付回転機械の場合、前記エンコーダ２に角加速度が生じる事に伴って発生する位相差比ｒの変化分は、測定すべき物理量の変化とは無関係に生じる誤差成分である。従って、この様な位相差比ｒそのものに基づいて前記物理量を求めると、この誤差成分の分だけ、この物理量の測定精度が低下する事になる。
In any case, in the case of the conventional rotating machine with a physical quantity measuring device as described above, the change in the phase difference ratio r generated when the angular acceleration occurs in the
本発明は、上述の様な事情に鑑み、Ａ相及びＢ相の対象パルスエッジの入力時刻を利用して物理量を算出する場合に、エンコーダに角加速度が生じる事に伴って発生する位相差比の誤差成分を低減できる構造を実現すべく発明したものである。 In view of the above-described circumstances, the present invention provides a phase difference ratio that is generated when angular acceleration is generated in an encoder when a physical quantity is calculated using input times of target pulse edges of A phase and B phase. The invention was invented to realize a structure capable of reducing the error component.
本発明の物理量測定装置付回転機械は、回転機械と、エンコーダと、１対のセンサと、演算器とを備える。
このうちの回転機械は、例えば自動車等の車両の車輪支持用転がり軸受ユニット、自動車用変速機、工作機械の主軸装置等が相当し、使用時に回転する回転部材を備える。
又、前記エンコーダは、前記回転部材に支持固定されていて、この回転部材と同心の被検出部を有すると共に、この被検出部の特性を円周方向に関して交互に且つ等ピッチで変化させている。尚、このエンコーダとしては、永久磁石製で、Ｎ極とＳ極とを円周方向に関して交互に配置したものや、磁性金属板製で、透孔（又は凹部）と柱部（又は凸部）とを円周方向に関して交互に配置したものを利用できる。
又、前記両センサは、それぞれの検出部を前記被検出部のうち互いに異なる部分に対向させた状態で、使用時にも回転しない部分に支持されたものであって、それぞれが前記被検出部のうち自身の検出部を対向させた部分の特性変化に対応したパルス信号を出力する。
又、前記演算器は、前記両センサのパルス信号のうちの何れか一方をＡ相とし、他方をＢ相とした場合に、これらＡ相とＢ相とに含まれる立上りパルスエッジと立下りパルスエッジとのうちの何れか一方である対象パルスエッジ（Ａ相及びＢ相の立上りパルスエッジ、又は、Ａ相及びＢ相の立下りパルスエッジ）の入力時刻（計測時刻）を利用して、前記回転部材の変位と、この回転部材に作用している外力とのうちの、少なくとも一方の物理量を求める機能を有する。
特に、本発明の物理量測定装置付回転機械の場合、前記演算器は、次の機能を有する。即ち、前記Ａ相に含まれる対象パルスエッジのうちで、互いに連続して入力される２つの対象パルスエッジＥA1、ＥA2の入力時刻ｔA1、ｔA2と、前記Ｂ相に含まれる対象パルスエッジのうちで、互いに連続して前記Ａ相の対象パルスエッジＥA1の直前と直後とに入力される２つの対象パルスエッジＥB1、ＥB2（ＥB1、ＥA1、ＥB2、ＥA2の順に入力されるパルスエッジＥB1、ＥB2）の入力時刻ｔB1、ｔB2とを利用して、前記Ａ相のパルス周期ＴA＝（ｔA2−ｔA1）と、前記Ｂ相のパルス周期ＴB＝（ｔB2−ｔB1）と、これらＡ相とＢ相との間の位相差比ｒ＝（ｔB2−ｔA1）／ＴAとを含む計算式で表される、これらＡ相とＢ相との間の補正位相差比ｒz＝ｒ（１−ｒ）ＴA／ＴB＋ｒ2を算出する。そして、この補正位相差比ｒzに基づいて、前記少なくとも一方の物理量を求める。
尚、本発明に関して、前記補正位相差比ｒzを算出する事には、この補正位相差比ｒzを、「ｒz＝ｒ（１−ｒ）ＴA／ＴB＋ｒ2」と等価な計算式で算出する事が含まれる。
The rotating machine with a physical quantity measuring device of the present invention includes a rotating machine, an encoder, a pair of sensors, and a computing unit.
Among these, the rotating machine corresponds to, for example, a rolling bearing unit for supporting a wheel of a vehicle such as an automobile, an automobile transmission, a spindle device of a machine tool, and the like, and includes a rotating member that rotates during use.
The encoder is supported and fixed to the rotating member, has a detected portion concentric with the rotating member, and changes the characteristics of the detected portion alternately and at equal pitches in the circumferential direction. . In addition, as this encoder, it is made of a permanent magnet, and N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction, or made of a magnetic metal plate, and has a through hole (or a concave portion) and a column portion (or a convex portion). Can be used alternately in the circumferential direction.
The two sensors are supported by portions that do not rotate during use in a state where the respective detection portions are opposed to different portions of the detection portion, and each of the detection portions A pulse signal corresponding to a change in the characteristics of the portion of the detector facing the detector is output.
In addition, the arithmetic unit, when any one of the pulse signals of the two sensors is the A phase and the other is the B phase, the rising pulse edge and the falling pulse included in the A phase and the B phase. The input time (measurement time) of the target pulse edge (A phase and B phase rising pulse edge or A phase and B phase falling pulse edge), which is one of the edges, It has a function of obtaining a physical quantity of at least one of the displacement of the rotating member and the external force acting on the rotating member.
In particular, in the case of the rotary machine with a physical quantity measuring device of the present invention, the computing unit has the following functions. That is, among the target pulse edges included in the A phase, the input times t A1 and t A2 of the two target pulse edges E A1 and E A2 that are continuously input to each other, and the target pulse included in the B phase Among the edges, two target pulse edges E B1 , E B2 (E B1 , E A1 , E B2 , E A2) that are input immediately before and immediately after the target pulse edge E A1 of the A phase. Using the input times t B1 and t B2 of the pulse edges E B1 and E B2 ) input in order, the A-phase pulse period T A = (t A2 -t A1 ) and the B-phase pulse period These A phases represented by a calculation formula including T B = (t B2 -t B1 ) and a phase difference ratio r = (t B2 -t A1 ) / T A between these A phases and B phases The correction phase difference ratio r z = r (1−r) T A / T B + r 2 is calculated. The at least one physical quantity is obtained based on the corrected phase difference ratio r z .
With respect to the present invention, the in possible to calculate a corrected phase difference ratio r z is the correction phase difference ratio r z, equivalent to as "r z = r (1-r ) T A / T B +
上述の様に構成する本発明の物理量測定装置付回転機械によれば、補正位相差比ｒzに基づいて物理量を求める事により、エンコーダに角加速度が生じる事に伴って発生する誤差成分を低減できる為、前記物理量の測定精度を向上させる事ができる。又、前記補正位相差比ｒzは、Ａ相のパルス周期ＴA＝（ｔA2−ｔA1）と、Ｂ相のパルス周期ＴB＝（ｔB2−ｔB1）と、これらＡ相とＢ相との間の位相差比ｒ＝（ｔB2−ｔA1）／ＴAとを含む、単純な四則演算式で表される為、演算器に高度な演算性能を持たせなくても、実時間でデータ処理を行う事が可能となる。 According to the rotating machine with a physical quantity measuring device of the present invention configured as described above, by obtaining the physical quantity based on the corrected phase difference ratio r z , the error component generated when angular acceleration occurs in the encoder is reduced. Therefore, the measurement accuracy of the physical quantity can be improved. The correction phase difference ratio r z includes the A phase pulse period T A = (t A2 -t A1 ), the B phase pulse period T B = (t B2 -t B1 ), and the A phase and B phase. for including a phase difference ratio r = (t B2 -t A1) / T a between the phases, it is represented by a simple arithmetic expression, even without having a high calculation performance calculator, the actual Data processing can be performed in time.
本発明の実施の形態の１例に就いて、図１を参照しつつ説明する。尚、本例の特徴は、前述の図４〜５により説明した、物理量測定装置を車輪支持用転がり軸受ユニットに組み込んで成る物理量測定装置付回転機械に於いて、車両が加速又は減速する際に、エンコーダ２に正又は負の角加速度が生じる事に伴って発生する算出値の誤差成分を低減する事により、物理量（アキシアル荷重、アキシアル方向の相対変位）の測定精度を向上させる機能を、図示しない演算器に付加した点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図４〜５により説明した従来構造の場合と同様である。この為、重複する図示並びに説明は、できるだけ省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
An example of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The feature of this example is that when the vehicle accelerates or decelerates in the rotating machine with a physical quantity measuring device in which the physical quantity measuring device is incorporated in the wheel bearing rolling bearing unit described with reference to FIGS. The function of improving the measurement accuracy of physical quantities (axial load, relative displacement in the axial direction) by reducing the error component of the calculated value that occurs when positive or negative angular acceleration occurs in the
図１は、外輪４とハブ５との間にアキシアル荷重が作用する事により、これら外輪４とハブ５とがアキシアル方向に相対変位した状態（非中立状態）に於ける、１対のセンサ３、３（図４参照）のパルス信号（Ａ相、Ｂ相）を示している。本例の場合、前記演算器は、このうちのＡ相に含まれる対象パルスエッジ（立下りパルスエッジ）のうちで、互いに連続して入力される２つの対象パルスエッジＥA1、ＥA2の入力時刻ｔA1、ｔA2と、Ｂ相に含まれる対象パルスエッジ（立下りパルスエッジ）のうちで、互いに連続して前記Ａ相の対象パルスエッジＥA1の直前と直後とに入力される２つの対象パルスエッジＥB1、ＥB2の入力時刻ｔB1、ｔB2とを利用して、前記物理量を算出する。以下、この様な演算器による物理量の算出機能に就いて、具体的に説明する。
FIG. 1 shows a pair of
Ａ相とＢ相との間の位相差比ｒは、Ａ相とＢ相との間の位相差ＴDと、Ａ相のパルス周期ＴAとの比として、次の（１）式で表される。
一方、Ａ相及びＢ相を電気角で見ると、位相差ＴDはβ（rad）であり、パルス周期ＴAは２π（rad）である為、電気角で定義される位相差比ｒaは、次の（２）式で表される。
ところで、前記物理量を測定すべき車両の走行速度範囲（例えば時速５ｋｍ／ｈ以上の範囲）では、Ａ相及びＢ相の周期は、十分に短い時間となる。この為、その間の前記エンコーダ２の運動は、角加速度が一定の回転運動とみなす事ができる。このとき、任意に設定した初期位置から或る一定の角度θ（rad）だけ回転するのに要する時間をｔ（sec）とすると、この角度θ（rad）は、次の（３）式で表される。
図１で、初期位置を電気角θ＝０に設定し、この初期位置に於ける角速度をωeとし、角加速度をαeとすると、前記（３）式から、Ａ相のパルス周期ＴAに関して、次の（４）式が得られる。
ここで、前記（２）式の右辺に、前記（４）式及び（５）式を代入し、更に前記（１）式の変形式である、ＴD＝ｒＴAを代入して整理すると、前記（２）式は、次の（６）式で表す事ができる。
又、前記物理量の変化による中立状態からの位相差比の変化は小さいと仮定すると、電気角θ＝０に於ける角速度ωeは、図１に於けるＢ相のパルス周期ＴBを用いて、ωe≒２π／ＴBと近似する事ができる。これを前記（６）式の右辺に代入すると、次の（７）式が得られる。
上述の近似値を、改めて補正位相差比ｒzと定義すると、次の（８）式が得られる。
そこで、本例の物理量測定装置付回転機械の場合、前記演算器は、前記（８）式と、前記各入力時刻ｔA1、ｔA2、ｔB1、ｔB2を利用して、前記補正位相差比ｒzを算出し、更に、この様に算出した補正位相差比ｒzに基づいて、前記物理量を算出する。この為に、前記演算器のメモリ中には、予め理論計算や実験により調べておいた、前記補正位相差比ｒzと前記物理量との関係を表す、式やマップを記憶させておく。 Therefore, in the case of the rotating machine with a physical quantity measuring device of this example, the computing unit uses the equation (8) and the input times t A1 , t A2 , t B1 , t B2 to calculate the corrected phase difference. The ratio r z is calculated, and the physical quantity is calculated based on the corrected phase difference ratio r z calculated in this way. For this purpose, in the memory of the arithmetic unit, an equation or a map representing the relationship between the corrected phase difference ratio r z and the physical quantity, which has been examined in advance by theoretical calculation or experiment, is stored.
上述の様に構成する本発明の物理量測定装置付回転機械の場合には、上述の様な補正位相差比ｒzに基づいて物理量を求める為、この物理量の測定精度を向上させる事ができる。又、この補正位相差比ｒzは、Ａ相のパルス周期ＴA＝（ｔA2−ｔA1）と、Ｂ相のパルス周期ＴB＝（ｔB2−ｔB1）と、これらＡ相とＢ相との間の位相差比ｒ＝（ｔB2−ｔA1）／ＴAとを含む、単純な四則演算式｛前記（８）式｝で表される為、演算器に高度な演算性能を持たせなくても、実時間でデータ処理を行う事が可能となる。 In the case of the rotating machine with a physical quantity measuring device of the present invention configured as described above, since the physical quantity is obtained based on the corrected phase difference ratio r z as described above, the measurement accuracy of the physical quantity can be improved. Further, the correction phase difference ratio r z includes the A phase pulse period T A = (t A2 -t A1 ), the B phase pulse period T B = (t B2 -t B1 ), the A phase and B Since it is expressed by a simple four arithmetic expression {expression (8)} including the phase difference ratio r = (t B2 -t A1 ) / T A , the arithmetic unit has high calculation performance. Even if it is not provided, data processing can be performed in real time.
本発明の効果を確認する為に行った計算機シミュレーションに就いて、図２を参照しつつ説明する。
この計算機シミュレーションでは、上述した実施の形態の１例の構造に関して、図２の（ａ）に示す様に、車両の速度を、正弦波状に変化｛周期４（sec）、振幅１０（ｋｍ／ｈ）≒２．８（ｍ／sec）で変化｝させる条件を設定した。同図の（ｂ）は、この場合の車両の加速度を表している。又、回転機械である車輪支持用軸受ユニットの状態として、外輪４とハブ５（図４）との間にアキシアル荷重が作用しておらず、これら外輪４とハブ５とがアキシアル方向に相対変位していない中立状態を設定した。
同図の（ｃ）は、上述の様な条件で車両を走行させた場合に、演算器で算出される、位相差比ｒ（破線）と、補正位相差比ｒz（実線）とを表している。この（ｃ）に表した結果から明らかな様に、位相差比ｒ（破線）には、エンコーダ２（図４）に角加速度が生じる事に伴う、比較的大きな誤差（真の値である０．５からのずれ）が生じている事が分かる。これに対し、補正位相差比ｒz（実線）では、当該誤差が十分に抑えられている（真の値である０．５に十分に近付いている）事が分かる。
A computer simulation performed to confirm the effect of the present invention will be described with reference to FIG.
In this computer simulation, as shown in FIG. 2 (a), the vehicle speed is changed in a sine wave form {period 4 (sec), amplitude 10 (km / h) with respect to the structure of the example of the embodiment described above. ) = Approx. 2.8 (m / sec)} was set. (B) of the figure represents the acceleration of the vehicle in this case. Further, as a state of the wheel support bearing unit which is a rotating machine, an axial load is not applied between the
(C) of the figure represents the phase difference ratio r (broken line) and the corrected phase difference ratio r z (solid line) calculated by the calculator when the vehicle is driven under the above-described conditions. ing. As is apparent from the result shown in (c), the phase difference ratio r (broken line) has a relatively large error (true value 0) due to the occurrence of angular acceleration in the encoder 2 (FIG. 4). It can be seen that there is a deviation from .5. On the other hand, in the corrected phase difference ratio r z (solid line), it can be seen that the error is sufficiently suppressed (close to the true value of 0.5).
次に、本発明の効果を確認する為に行った実験（実機による実測試験）に就いて、図３を参照しつつ説明する。
この実験では、台上試験装置を使用して、上述のシミュレーションと同様の速度変動を与えたときの、位相差比ｒと、補正位相差比ｒzとを、演算器により算出した。
図３の（ａ）は、位相差比ｒの算出結果を、同図の（ｂ）は、補正位相差比ｒzの算出結果を、それぞれ表している。これら各算出結果から明らかな様に、（ａ）の位相差比ｒには、エンコーダ２（図４）に角加速度が生じる事に伴う、比較的大きな誤差（真の値である０．５からのずれ）が生じている事が分かる。これに対し、（ｂ）の補正位相差比ｒzでは、当該誤差が抑えられている（真の値である０．５に近付いている）事が分かる。
Next, an experiment (measurement test using an actual machine) performed to confirm the effect of the present invention will be described with reference to FIG.
In this experiment, using a bench test apparatus, the phase difference ratio r and the corrected phase difference ratio r z when the same speed fluctuation as in the above-described simulation was given were calculated by an arithmetic unit.
3A shows the calculation result of the phase difference ratio r, and FIG. 3B shows the calculation result of the correction phase difference ratio r z . As is clear from these calculation results, the phase difference ratio r in (a) has a relatively large error (from a true value of 0.5) due to the occurrence of angular acceleration in the encoder 2 (FIG. 4). It can be seen that there is a deviation. On the other hand, in the corrected phase difference ratio r z in (b), it can be seen that the error is suppressed (approaching the true value of 0.5).
本発明は、自動車等の車両の車輪支持用転がり軸受ユニットに限らず、自動車用変速機や工作機械の主軸装置等の各種回転機械に適用可能である。
又、本発明は、アキシアル方向の変位又は荷重を測定する構造に限らず、ラジアル方向の変位又は荷重を測定する構造や、傾き又はモーメントを測定する構造にも、適用可能である。又、これら各物理量を測定する為のエンコーダとセンサとの組み合せとしては、図４に示したものの他、例えば前記特許文献１〜３等に記載されたものを採用する事ができる。
又、本発明を実施する場合、演算器は、回転機械の一部に取り付けた状態で設置しても良いし、この回転機械から離れた箇所（例えば、この回転機械を車輪支持用転がり軸受ユニットとする場合に、車体の一部）に設置しても良い。
The present invention is not limited to a rolling bearing unit for supporting a wheel of a vehicle such as an automobile, but can be applied to various rotating machines such as a transmission for an automobile and a spindle device of a machine tool.
The present invention is not limited to a structure that measures displacement or load in the axial direction, but can also be applied to structures that measure displacement or load in the radial direction and structures that measure inclination or moment. As a combination of an encoder and a sensor for measuring each physical quantity, for example, those described in Patent Documents 1 to 3 can be adopted in addition to the one shown in FIG.
When the present invention is implemented, the computing unit may be installed in a state of being attached to a part of the rotating machine, or a place away from the rotating machine (for example, the rotating machine is a rolling bearing unit for supporting the wheel. In this case, it may be installed on a part of the vehicle body.
１ 転がり軸受ユニット
２ エンコーダ
３ センサ
４ 外輪
５ ハブ
６ 転動体
７ 芯金
８ エンコーダ本体
９ カバー
１０ センサホルダ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
このうちの回転機械は、使用時に回転する回転部材を備えるものであり、
前記エンコーダは、前記回転部材に支持固定されていて、この回転部材と同心の被検出部を有すると共に、この被検出部の特性を円周方向に関して交互に且つ等ピッチで変化させたものであり、
前記両センサは、それぞれの検出部を前記被検出部のうち互いに異なる部分に対向させた状態で、使用時にも回転しない部分に支持されたものであって、それぞれが前記被検出部のうち自身の検出部を対向させた部分の特性変化に対応したパルス信号を出力するものであり、
前記演算器は、前記両センサのパルス信号のうちの何れか一方をＡ相とし、他方をＢ相とした場合に、これらＡ相とＢ相とに含まれる立上りパルスエッジと立下りパルスエッジとのうちの何れか一方である対象パルスエッジの入力時刻を利用して、前記回転部材の変位と、この回転部材に作用している外力とのうちの、少なくとも一方の物理量を求める機能を有するものである、
物理量測定装置付回転機械であって、
前記演算器は、前記Ａ相に含まれる対象パルスエッジのうちで、互いに連続して入力される２つの対象パルスエッジＥA1、ＥA2の入力時刻ｔA1、ｔA2と、前記Ｂ相に含まれる対象パルスエッジのうちで、互いに連続して前記Ａ相の対象パルスエッジＥA1の直前と直後とに入力される２つの対象パルスエッジＥB1、ＥB2の入力時刻ｔB1、ｔB2とを利用して、前記Ａ相のパルス周期ＴA＝（ｔA2−ｔA1）と、前記Ｂ相のパルス周期ＴB＝（ｔB2−ｔB1）と、これらＡ相とＢ相との間の位相差比ｒ＝（ｔB2−ｔA1）／ＴAとを含む計算式で表される、これらＡ相とＢ相との間の補正位相差比ｒz＝ｒ（１−ｒ）ＴA／ＴB＋ｒ2を算出し、この補正位相差比ｒzに基づいて、前記少なくとも一方の物理量を求める機能を有する事を特徴とする、
物理量測定装置付回転機械。 A rotating machine, an encoder, a pair of sensors, and a computing unit;
Among these, the rotating machine is provided with a rotating member that rotates during use,
The encoder is supported and fixed to the rotating member, has a detected part concentric with the rotating member, and changes the characteristics of the detected part alternately and at equal pitches in the circumferential direction. ,
Each of the sensors is supported by a portion that does not rotate during use in a state where each detection portion faces a different portion of the detection portion, and each of the sensors is a portion of the detection portion. Output a pulse signal corresponding to the characteristic change of the part facing the detection part of
The arithmetic unit, when any one of the pulse signals of the two sensors is an A phase and the other is a B phase, the rising pulse edge and the falling pulse edge included in the A phase and the B phase, Having the function of obtaining at least one physical quantity of the displacement of the rotating member and the external force acting on the rotating member using the input time of the target pulse edge which is one of Is,
A rotating machine with a physical quantity measuring device,
The arithmetic unit, among the target pulse edges included in the A-phase, the input time t A1, t A2 of the two target pulse edge E A1, E A2 inputted continuous with each other, contained in the B phase Input time t B1 and t B2 of two target pulse edges E B1 and E B2 that are input immediately before and immediately after the target pulse edge E A1 of the A phase, Utilizing the A phase pulse period T A = (t A2 -t A1 ), the B phase pulse period T B = (t B2 -t B1 ), and between these A phase and B phase phase difference ratio r = (t B2 -t A1) / T and a a represented by formula, the correction phase difference ratio r z = r (1-r ) between these a and B phases T a / T B + r 2 is calculated, and based on the corrected phase difference ratio r z , the at least one physical quantity is obtained.
Rotating machine with physical quantity measuring device.
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