JP2012122789A

JP2012122789A - 回転検出装置付き車輪用軸受

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Publication number: JP2012122789A
Application number: JP2010272272A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Norimatsu; 孝幸乗松
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2012-06-28

Abstract

【課題】異物の噛み込みによる磁気エンコーダの損傷を防止でき、かつ十分な回転検出精度が得られる回転検出装置付き車輪用軸受を提供する。
【解決手段】転動体５を介して相対回転可能とされた外方部材１と内方部材２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。外方部材１および内方部材２のうちの回転側部材の軸方向一端部に、円周方向に並ぶ複数の磁極対が等配された環状の磁気エンコーダ２２を回転側部材と同心に設ける。この磁気エンコーダ２２に対峙して磁気エンコーダ２２の磁極対を検出するセンサ２３を設ける。磁気エンコーダ２２とセンサ２３の間に介在して磁気エンコーダ２２を保護する保護カバー１８を設ける。センサの出力から磁極対の位相を逓倍する逓倍手段２４を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転検出装置を搭載した回転検出装置付き車輪用軸受に関する。

この種の回転検出装置付き車輪用軸受として、図６のように、転動体（図示せず）を介して相対回転可能とされた外方部材１０１および内方部材１０２のうち、回転側部材となる内方部材１０２のインボード側端部にこれと同心に環状の磁気エンコーダ１１１を取付けると共に、前記外方部材１０１および内方部材１０２のうち固定側部材となる外方部材１０１のインボード側端部に、前記磁気エンコーダ１１１の外方側でこの磁気エンコーダ１１１と対峙する保護カバー１１３を取付けたものが提案されている（例えば特許文献１）。磁気エンコーダ１１１の磁極を検出するセンサ１１２は、前記保護カバー１１３を挟んで、磁気エンコーダ１１１と所定のエアギャップを介して対峙させ、これにより内方部材１０２の回転数を検出する。
このように、磁気エンコーダ１１１の外方側に保護カバー１１３を配置することにより、磁気エンコーダ１１１とセンサ１１２との間へ石などの異物が噛み込み難くなり、また噛み込みが生じても磁気エンコーダ１１１が損傷するのを防止できる。

特開２００２−２６７６８０号公報

しかし、上記構成の場合、磁気エンコーダとセンサの間に保護カバーが介在するため、磁気エンコーダの表面からセンサまでの距離（エアギャップ）が増大してしまい、センサで検出する磁気エンコーダの磁束密度が低下するという問題がある。検出する磁束密度の低下を避けるためには、前記エアギャップを狭くするか、磁気エンコーダの磁束密度を大きくすれば良いが、エアギャップを狭くするには限界がある。

磁気エンコーダの磁束密度を大きくするものとして、以下の対策が考えられる。
（１）磁気エンコーダの磁極の材料である磁性体粉（フェライト磁石）の量を増やす。（２）磁気エンコーダの磁極の材料である磁性体粉を希土類磁石に変更する。
（３）磁気エンコーダのサイズを大きくする。
（４）磁気エンコーダの磁極数を減らす。
このうち、（１）〜（３）の対策は、コストアップや軸受サイズの大型化等を招くため実現が難しい。
磁極数を減らす（４）の対策では、着磁される１磁極の周方向幅（面積）が広がるので、着磁強度が大きくなる。例えば、磁極対（Ｎ磁極とＳ磁極の対）の数が４８（Ｎ磁極が４８，Ｓ磁極が４８）のものを２４に半減した場合、着磁強度は約２．２倍に向上する。これにより、エアギャップが広がっても、センサで検出する磁束密度は低下しない。ただし、このように磁極数を減らした場合、車輪１回転で得られる出力パルス数が減少してしまうため、車輪回転速度の検出精度が悪化してしまうという新たな問題が発生する。

この発明の目的は、異物の噛み込みによる磁気エンコーダの損傷を防止でき、かつ十分な回転検出精度が得られる回転検出装置付き車輪用軸受を提供することである。

この発明の回転検出装置付き車輪用軸受は、転動体を介して相対回転可能とされた外方部材と内方部材とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、上記外方部材および内方部材のうちの回転側部材の軸方向一端部に、円周方向に並ぶ複数の磁極対が等配された環状の磁気エンコーダを回転側部材と同心に設けると共に、この磁気エンコーダに対峙して磁気エンコーダの前記磁極対を検出するセンサを設け、前記磁気エンコーダとセンサの間に介在して磁気エンコーダを保護する保護カバーを設けた回転検出装置付き車輪用軸受であって、前記センサの出力から前記磁極対の位相を逓倍する逓倍手段を設けたことを特徴とする。
この構成によると、磁気エンコーダとセンサとの間に介在して磁気エンコーダを保護する保護カバーを設けているので、磁気エンコーダとセンサとの間に異物が噛み込み難く、また噛み込みが生じても磁気エンコーダが損傷するのを防止できる。また、回転検出装置では、逓倍手段により、センサの出力から磁気エンコーダの磁極対の位相を逓倍するようにしている。このため、磁気エンコーダとセンサとの間に介在する保護カバーのために、磁気エンコーダとセンサとの間のエアギャップが大きくなって、センサで検出する磁気エンコーダの磁束密度が低下することを、磁気エンコーダの磁極対数を減らすことで防止しても、十分な回転検出精度を得ることができる。これにより、異物の噛み込みによる磁気エンコーダの損傷を防止でき、かつ十分な回転検出精度を得ることができる。

この発明において、前記磁気エンコーダが設けられる回転側部材の軸方向一端部が、車輪用軸受のインボード側端部であっても良い。

この発明において、前記保護カバーを、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に設けても良い。

この発明において、前記磁気エンコーダの磁極対数を２４とし、前記逓倍手段の逓倍数を２倍としても良い。この場合、磁極の磁束密度は磁極対数が４８の場合の約２．２倍となるので、保護カバーのためにセンサで検出する磁束密度が低下することはなく、しかも磁極対数の半減による検出精度の低下は逓倍手段の逓倍数を２倍としていることで防止できる。

この発明において、前記逓倍手段の出力が入力されて、またはこの逓倍手段の出力および前記センサの検出出力が入力されて定められた倍率のパルスを出力するパルス出力手段を設けても良い。

前記パルス出力手段は、出力するパルスを、全て前記逓倍手段の出力から生成するものであっても良い。

また、前記パルス出力手段の出力するパルスの逓倍数を２としても良い。

この発明において、前記パルス出力手段が出力するパルスの倍率設定を外部から変更する倍率変更手段を設けても良い。ここで言う「外部」は、パルス出力手段に対する外部であり、回転検出装置に対する外部、例えば車両に搭載された電気制御ユニット等に設けられた手段からパルス出力手段のパルスの倍率設定を変更可能するようにしても良い。これにより、例えば使用中に車両走行速度の変化等による回転速度の変化に対応した倍率のパルスを出力させることができる。

この発明において、前記センサが、前記磁気エンコーダの磁極対の並び方向に沿ってセンサ素子が並ぶラインセンサで構成され、演算により２相の正弦波状信号を生成して、１磁極内の位相を検出するものであっても良い。この構成の場合、磁極パターンの歪みやノイズの影響が低減されるので、高い精度で磁気エンコーダの位相を検出することが可能である。

この発明において、前記パルス出力手段の出力する少なくとも１種類の倍率のパルスを、互いに位相が９０度異なるＡ相，Ｂ相の位相差信号としても良い。
このように、同じ倍率の回転パルス信号として、互いに位相が９０度異なるＡ相，Ｂ相の位相差信号を出力することにより、回転方向の検出が可能となり車両の前進・後退を検出することができる。

この発明において、前記センサと、前記逓倍手段と、前記パルス出力手段とを、共通の集積回路に集積して一体化しても良い。この集積回路は、ＩＣチップである。これにより、車輪用軸受への回転検出装置の搭載をコンパクトに行なえ、軽量化も可能となる。

この発明の回転検出装置付き車輪用軸受は、転動体を介して相対回転可能とされた外方部材と内方部材とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、上記外方部材および内方部材のうちの回転側部材の軸方向一端部に、円周方向に並ぶ複数の磁極対が等配された環状の磁気エンコーダを回転側部材と同心に設けると共に、この磁気エンコーダに対峙して磁気エンコーダの前記磁極対を検出するセンサを設け、前記磁気エンコーダとセンサの間に介在して磁気エンコーダを保護する保護カバーを設けた回転検出装置付き車輪用軸受であって、前記センサの出力から前記磁極対の位相を逓倍する逓倍手段を設けたため、異物の噛み込みによる磁気エンコーダの損傷を防止でき、かつ十分な回転検出精度を得ることができる。

この発明の一実施形態にかかる回転検出装置付き車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。同車輪用軸受の部分拡大断面図である。（Ａ）は磁極対数を４８とした磁気エンコーダの半部正面図、（Ｂ）は磁極対数を２４とした磁気エンコーダの半部正面図である。回転検出装置の概略構成を示すブロック図である。同回転検出装置における磁気センサの一構成例を示すブロック図である。従来例の部分拡大断面図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。この実施形態は、第３世代型の内輪回転タイプで、従動輪支持用の車輪用軸受に適用したものである。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。

この回転検出装置付き車輪用軸受における軸受は、図１に断面図で示すように、内周に複列の転走面３を形成した外方部材１と、これら各転走面３に対向する転走面４を外周に形成した内方部材２と、これら外方部材１および内方部材２の転走面３，４間に介在した複列の転動体５とで構成される。この車輪用軸受は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、転動体５はボールからなり、各列毎に保持器６で保持されている。上記転走面３，４は断面円弧状であり、ボール接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間におけるアウトボード側端はシール７によって密封されている。

外方部材１は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置におけるナックル（図示せず）に取付ける車体取付用フランジ１ａを外周に有し、全体が一体の部品とされている。フランジ１ａには周方向複数箇所にナックル取付用のねじ孔１４が設けられ、インボード側よりナックルのボルト挿通孔に挿通したナックルボルト（いずれも図示せず）を前記ねじ孔１４に螺合することにより、車体取付用フランジ１ａがナックルに取付けられる。内方部材２は回転側部材となるものであって、車輪取付用のハブフランジ９ａを有するハブ輪９と、このハブ輪９の軸部９ｂのインボード側端の外周に嵌合した内輪１０とでなる。これらハブ輪９および内輪１０に、前記各列の転走面４が形成されている。ハブ輪９のインボード側端の外周には段差を持って小径となる内輪嵌合面１２が設けられ、この内輪嵌合面１２に内輪１０が嵌合している。ハブフランジ９ａには、周方向複数箇所にハブボルト１１の圧入孔１５が設けられている。ハブ輪９のハブフランジ９ａの根元部付近には、車輪および制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部１３がアウトボード側に突出している。

回転側部材である内方部材２のインボード側端部の外周には、環状で断面Ｌ字状の磁気エンコーダ２２が嵌合されている。磁気エンコーダ２２は、図２に拡大して示すように、断面Ｌ字状の芯金２９の円筒部２９ａの一端から外径側に延びる立板部２９ｂのインボード側を向く側面の円周方向に、複数の磁極対２２ｃ（図４）を等配位置に並べて着磁させてなり、芯金２９の円筒部２９ａを内方部材２のインボード側端部の外周に嵌合させることで取付けられる。この磁気エンコーダ２２の磁極Ｎ，Ｓを検出する磁気センサ２３が、磁気エンコーダ２２の磁極面（つまり芯金２９の立板部２９ｂ）と軸方向に所定のエアギャップＧを介して対峙するように、磁気エンコーダ２２の取付け位置よりもインボード側に配置される。すなわち、ここでは、磁気エンコーダ２２はアキシアルタイプとされる。磁気センサ２３は、磁気エンコーダ２２の磁極Ｎ，Ｓを検出することで内方部材２の回転を検出する。ただし、磁気エンコーダ２２はこのようなアキシアルタイプのものに限らず、周面に磁極対を等配位置に並べたラジアルタイプのものであっても良い。この場合、磁気センサ２３は磁気エンコーダ２２の磁極面に対して所定のエアギャップを介して径方向に対峙するように、内方部材２の外径側に配置される。

図４に示すように、前記磁気エンコーダ２２および磁気センサ２３と、磁気センサ２３の出力から磁気エンコーダ２２の磁極対２２ｃ内の位相を逓倍数Ｎに逓倍して逓倍パルスｂを発生する逓倍手段２４と、この逓倍手段２４から生成される逓倍パルスｂに基づき定められた倍率の回転パルスを出力するパルス出力手段２５とで、車輪用軸受の内方部材２の回転つまり車輪の回転を検出する回転検出装置２１が構成される。

磁気エンコーダ２２の軸受外方側、つまり磁気エンコーダ２２と磁気センサ２３との間には、磁気エンコーダ２２の磁極面と対峙する非磁性体製の保護カバー１８が配置されている。非磁性体製の保護カバー１８は、例えば非磁性のステンレス等の金属板や、樹脂材であっても良い。磁気センサ２３は、この保護カバー１８を介して磁気エンコーダ２２の磁極を検出することになる。保護カバー１８は、図２のように円板状の底板部１８ａとその外周の円筒状部１８ｂとを有する有底のキャップ形状に形成され、円筒状部１８ｂを外方部材１のインボード側端部の内径面に圧入状態に嵌合することで、外方部材１に取付けられている。

磁気センサ２３は、ここでは図５（Ｂ）に示すようなラインセンサ２３Ａ，２３Ｂと演算増幅部３０とでなる。ラインセンサ２３Ａ，２３Ｂは、磁気エンコーダ２２の磁極の並び方向に沿って複数の磁気センサ素子２３ａを等配して並べて構成される。演算増幅部３０は、複数の加算回路３１，３２，３３，３４とインバータ３５とでなる。なお、図５（Ａ）は、磁気エンコーダ２２の１磁極の区間を磁界強度に換算して波形図で示したものである。この場合、第１のラインセンサ２３Ａは、図５（Ａ）における１８０度の位相区間のうち９０度の位相区間に対応付けて配置し、第２のラインセンサ２３Ｂは残りの９０度の位相区間に対応付けて配置する。このような配置構成により、第１のラインセンサ２３Ａの検出信号を加算回路３１で加算した信号Ｓ１と、第２のラインセンサ２３Ｂの検出信号を加算回路３２で加算した信号Ｓ２とを別の加算回路３３で加算することで、図５（Ｃ）に示すような磁界信号に応じたsin 信号を得る。また、信号Ｓ１と、インバータ３５を介した信号Ｓ２とをさらに別の加算回路３４で加算することで、図５（Ｃ）に示すような磁界信号に応じたcos 信号を得る。このようにして得られた２相の出力信号から、磁極内における位置を検出することができる。

磁気センサ２３をこのようにラインセンサ２３Ａ，２３Ｂで構成した場合、磁界パターンの歪みやノイズの影響が低減されるので、高い精度で磁気エンコーダ２２の位相を検出することが可能である。

なお、このほかの磁気センサ２３の例として、磁気エンコーダ２２の１磁極対のピッチλを１周期とするとき、９０度位相差（λ／４）となるように磁極の並び方向に離して配置したホール素子などの２つの磁気センサ素子を用い、これら２つの磁気センサ素子により得られる２相の信号(sinφ,cosφ) から磁極内位相 (φ=tan-1(sinφ／cos φ))を逓倍して算出するものとしても良い。

図４において、パルス出力手段２５は、前記逓倍手段２４から入力されて来る磁極対２２ｃ内の位相データである逓倍パルスｂから定められた倍率の回転パルスを出力する手段である。逓倍手段２４での逓倍数Ｎが例えば２倍であると、パルス出力手段２５からは逓倍数Ｎそのままの倍率（×２）の回転パルスが出力される。つまり、磁気エンコーダ２２の１磁極対２２ｃ内の位置（位相）を２個の回転パルスで検出する。この場合、磁気エンコーダ２２の磁極対数を２４（その例を図３（Ｂ）に示す）とすると、パルス出力手段２５からは４８個の回転パルスが出力される。この例では、磁極の磁束密度は磁極対数が４８の場合（その例を図３（Ａ）に示す）の約２．２倍となるので、保護カバー１８のために磁気センサ２３で検出する磁束密度が低下することはなく、しかも磁極対数の半減による検出精度の低下は逓倍手段２４の逓倍数Ｎを２倍としていることで防止できる。

なお、パルス出力手段２５は、逓倍手段２４の出力のほか、磁気センサ２２の検出出力も入力することで、定められた倍率の回転パルスを出力するものとしても良い。また、パルス出力手段２５から互いに倍率の異なる複数種類の回転パルスを出力するようにしても良い。また、同じ倍率の回転パルス信号として、互いに位相が９０度異なるＡ相の回転パルスとＢ相の回転パルスとを、パルス出力手段２５から個別に出力するようにしても良い。このように、同じ倍率の回転パルス信号として、互いに位相が９０度異なるＡ相，Ｂ相の位相差信号を出力することで回転方向の検出が可能となり、車両の前進・後退を検出することができる。

ここでは、前記パルス出力手段２５において出力される回転パルスの倍率は２倍に固定されているが、図４に仮想線で示すように、倍率変更手段２７を外部に設け、この倍率変更手段２７からの指令により出力される回転パルスの倍率を変更できるようにしても良い。これにより、例えば使用中に車両走行速度の変化等による回転速度の変化に対応した倍率の回転パルスを出力させることができる。

前記磁気センサ２３、逓倍手段２４、およびパルス出力手段２５は、共通の集積回路２８に集積して一体化され、回転パルスが出力される出力端子が設けられている。集積回路２８はＩＣチップからなる。これにより、車輪用軸受への回転検出装置２１の搭載をコンパクトに行なえ、軽量化も可能となる。

この回転検出装置付き車輪用軸受によると、磁気エンコーダ２２と磁気センサ２３との間に介在して磁気エンコーダ２２を保護する保護カバー１８を設けているので、磁気エンコーダ２２と磁気センサ２３との間に異物が噛み込み難く、また噛み込みが生じても磁気エンコーダ２２が損傷するのを防止できる。また、回転検出装置１では、逓倍手段２４により、磁気センサ２３の出力から磁気エンコーダ２２の磁極対２２ｃ内の位相を逓倍した高倍率の逓倍パルスｂを生成し、その逓倍パルスｂに応じてパルス出力手段２５から高倍率の回転パルスを出力するようにしている。このため、磁気エンコーダ２２と磁気センサ２３との間に介在する保護カバー１８のために、磁気エンコーダ２２と磁気センサ２３との間のエアギャップＧが大きくなって、磁気センサ２３で検出する磁気エンコーダ２２の磁束密度が低下することを、磁気エンコーダ２２の磁極対数を減らすことで防止しても、十分な回転検出精度を得ることができる。

なお、上記した実施形態では、磁気エンコーダ２２を車輪用軸受のインボード側に設けた場合につき説明したが、この発明は、車輪用軸受のアウトボード側に磁気エンコーダ２２を設けた場合にも同様に適用することができる。
また、上記した実施形態では、内方部材２が回転側部材である場合につき説明したが、この発明は、外方部材が回転側部材である車輪用軸受にも適用することができ、その場合、磁気エンコーダ２２は外方部材に設ける。
また、上記した実施形態では第３世代型の車輪用軸受に適用した場合につき説明したが、この発明は、軸受部分とハブとが互いに独立した部品となる第１または第２世代型の車輪用軸受や、内方部材の一部が等速ジョイントの外輪で構成される第４世代型の車輪用軸受にも適用することができる。また、この回転検出装置付き車輪用軸受は、駆動輪用の車輪用軸受にも適用でき、さらに各世代型のテーパころタイプの車輪用軸受にも適用することができる。

１…外方部材
２…内方部材
５…転動体
１８…保護カバー
２１…回転検出装置
２２…磁気エンコーダ
２２ｃ…磁極対
２３…磁気センサ
２３Ａ，２３Ｂ…ラインセンサ
２４…逓倍手段
２５…パルス出力手段
２７…倍率変更手段
２８…集積回路

Claims

転動体を介して相対回転可能とされた外方部材と内方部材とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、
上記外方部材および内方部材のうちの回転側部材の軸方向一端部に、円周方向に並ぶ複数の磁極対が等配された環状の磁気エンコーダを回転側部材と同心に設けると共に、この磁気エンコーダに対峙して磁気エンコーダの前記磁極対を検出するセンサを設け、前記磁気エンコーダとセンサの間に介在して磁気エンコーダを保護する保護カバーを設けた回転検出装置付き車輪用軸受であって、
前記センサの出力から前記磁極対の位相を逓倍する逓倍手段を設けたことを特徴とする回転検出装置付き車輪用軸受。
請求項１において、前記磁気エンコーダが設けられる回転側部材の軸方向一端部が、車輪用軸受のインボード側端部である回転検出装置付き車輪用軸受。
請求項１または請求項２において、前記保護カバーを、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に設けた回転検出装置付き車輪用軸受。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記磁気エンコーダの磁極対数を２４とし、前記逓倍手段の逓倍数を２倍とした回転検出装置付き車輪用軸受。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記逓倍手段の出力が入力されて、またはこの逓倍手段の出力および前記センサの検出出力が入力されて定められた倍率のパルスを出力するパルス出力手段を設けた回転検出装置付き車輪用軸受。
請求項５において、前記パルス出力手段は、出力するパルスを、全て前記逓倍手段の出力から生成するものである回転検出装置付き車輪用軸受。
請求項６において、前記パルス出力手段の出力するパルスの逓倍数を２とした回転検出装置付き車輪用軸受。
請求項５ないし請求項７のいずれか１項において、前記パルス出力手段が出力するパルスの倍率設定を外部から変更する倍率変更手段を設けた回転検出装置付き車輪用軸受。
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記センサが、前記磁気エンコーダの磁極対の並び方向に沿ってセンサ素子が並ぶラインセンサで構成され、演算により２相の正弦波状信号を生成して、１磁極内の位相を検出するものである回転検出装置付き車輪用軸受。
請求項５ないし請求項９のいずれか１項において、前記パルス出力手段の出力する少なくとも１種類の倍率のパルスを、互いに位相が９０度異なるＡ相，Ｂ相の位相差信号とした回転検出装置付き車輪用軸受。
請求項５ないし請求項１０のいずれか１項において、前記センサと、前記逓倍手段と、前記パルス出力手段とを、共通の集積回路に集積して一体化した回転検出装置付き車輪用軸受。