專利名稱：帶傳感器的滾動軸承單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種帶傳感器的滾動軸承單元，該帶傳感器的滾動軸承單元中，滾動軸承與檢測滾動軸承的各種信息的傳感器裝置被一體化。
背景技術：
為了在對車軸或?qū)⑿D傳遞給車軸的旋轉軸起到支承作用的同時，檢測軸的旋轉速度、旋轉角度等旋轉量，現(xiàn)在鐵路車輛和汽車中使用的帶傳感器的滾動軸承單元具有滾動軸承以及設在滾動軸承上的傳感器裝置和被檢測部件。
作為這種帶傳感器的滾動軸承單元，專利文獻1(實公平6-47867號公報)中，公開了傳感器裝置為電磁感應式旋轉速度檢測器、被檢測部件為具有規(guī)定形狀的凹凸的環(huán)狀體(環(huán)狀脈沖發(fā)生器)的帶傳感器的滾動軸承單元，專利文獻2(特開平11-174069號公報)中，公開了傳感器裝置為磁傳感器、被檢測部件為在等間隔處有N級和S級的環(huán)狀磁石(磁化脈沖發(fā)生器)的帶傳感器的滾動軸承單元。
另外，在汽車中，為了對其進行控制，需要各種信息，所以有一種方案提出，輪轂單元上設置傳感器裝置，其中，所述輪轂單元具有用于安裝車輪的旋轉側軌道部件、固定于車體側的固定側軌道部件以及配置在兩軌道部件之間的兩列滾動體。例如，專利文獻3(特開平3-209016號公報)中，公開了這樣一種帶傳感器的輪轂單元在固定側軌道部件的內(nèi)端面上安裝環(huán)狀的支承部件，在此環(huán)狀支承部件上粘貼應變傳感器。
雖然上述專利文獻1和專利文獻2的帶傳感器的滾動軸承單元之間存在有無磁極的差別，但它們中的任何一個都必須在回轉側軌道部件上安裝被檢測部件，因此都存在著組裝工時和零件個數(shù)增加從而導致高成本的問題。
另外，近年來，作為汽車的控制方法，除了ABS控制(antilock-brake system)之外，目前得到實施的還有驅(qū)動力控制和制動力控制等。所述驅(qū)動力控制可使驅(qū)動輪在起步時和加速時不旋轉，所述制動力控制可抑制轉彎時的側滑。為進行精度更高的控制，檢測可有效地用于這些控制的數(shù)據(jù)很重要，而上述專利文獻3的帶傳感器的輪轂單元，由于是測定環(huán)狀支承部件的應變，所以，當根據(jù)此應變求接地載荷時，誤差增大，存在著無法由應變傳感器的測定值精確得出接地載荷的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種帶傳感器的滾動軸承單元，該帶傳感器的滾動軸承單元不需以往所必須的被檢測部件，能夠以簡易的結構檢測旋轉速度。
本發(fā)明的另一目的在于，提供這樣一種帶傳感器的滾動軸承單元，即，能夠以簡單的結構精確地求出軸承所受載荷，并且可以檢測出軸承的旋轉側軌道部件的旋轉速度，因此，當使用于汽車的輪轂單元時，能夠以簡單的結構精確地求出接地載荷以及車輪的旋轉速度。
本發(fā)明的帶傳感器的滾動軸承單元具有滾動軸承及設在滾動軸承上的傳感器裝置，所述滾動軸承有固定側軌道部件、旋轉側軌道部件及配置在兩部件間的滾動體，其中，傳感器裝置有磁致伸縮傳感器和處理裝置，所述磁致伸縮傳感器設置在固定側軌道部件上，用以檢測固定側軌道部件與旋轉側軌道部件之間所存在的間隙，所述處理裝置用以處理磁致伸縮傳感器的輸出，處理裝置具有旋轉檢測部，該旋轉檢測部由磁致伸縮傳感器的輸出的變化的重復次數(shù)求出旋轉側軌道部件的旋轉速度。
雖然本發(fā)明的帶傳感器的滾動軸承單元很適宜使用于汽車的輪轂單元，但其也可在電機等中用作支承其旋轉體的軸承部分。
與旋轉側軌道部件周面間形成的間隙，每旋轉一周即作周期性變化，憑借使用此間隙的變化的重復次數(shù)，可求得滾動軸承的旋轉側軌道部件的旋轉速度。
間隙，例如，是由旋轉側軌道部件的偏心而產(chǎn)生的，旋轉側軌道部件的偏心，雖可憑借將其周面的一部分或是全部加工成偏心圓筒面而得到，但在實施與以往同樣的加工和組裝時，由于其加工和組裝誤差產(chǎn)生芯偏差，通過以此芯偏差替代以往的被檢測部件使用，便可省略被檢測部件。并且，與旋轉側軌道部件的周向上等間隔地設置或在周上一處設置的螺栓等的突出面之間的距離也可作為間隙來檢測。
磁致伸縮傳感器，是計測逆磁致伸縮效應(物質(zhì)發(fā)生應變或變形時磁力所表現(xiàn)出來的現(xiàn)象)的傳感器。作為磁致伸縮傳感器，可例舉出磁阻抗傳感器(MI傳感器)和應力阻抗傳感器(SI傳感器)等等。所述磁阻抗傳感器利用對導磁率高的磁性線施加高頻電流時磁性線兩端間的阻抗隨外部磁場而變化的電磁現(xiàn)象來計測外部磁場，所述應力阻抗傳感器利用了阻抗隨應力而變化的現(xiàn)象。借助MI傳感器，例如，可將1μm的位移量作為1mV-3mV的電壓檢測出來。
旋轉側軌道部件，由高炭鉻軸承鋼等磁性體制成。固定側軌道部件以及滾動體，可以是與旋轉側軌道部件相同的材質(zhì)，對于滾動體，為使?jié)L動體靠近或遠離磁致伸縮傳感器都不給磁場帶來影響，也可以是氮化硅、碳化硅等陶瓷或非磁性鋼材等非磁性材料。
在磁致伸縮傳感器為磁阻抗傳感器的情況下，旋轉側軌道部件上，有時設置與同一傳感器相向的環(huán)狀的磁化部。這種磁化部，例如，可以是磁化成N極和S極交互而且等間隔排列的橡膠磁性體，另外，也可是印刷有磁性墨水列的薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的帶傳感器的滾動軸承單元，由于因旋轉側軌道部件的偏心等產(chǎn)生的間隙的變化由磁致伸縮傳感器檢測，所以不需要被稱作環(huán)狀脈沖發(fā)生器、磁化脈沖發(fā)生器等的被檢測部件，便可檢測旋轉，且安裝工時和零件個數(shù)減少，可以降低成本。
優(yōu)選使處理裝置具有將磁致伸縮傳感器的輸出平均化的平均部和從平均化后的輸出求出載荷的載荷運算部。
被使用于汽車的輪轂單元時，伴隨著行駛中的車輛的速度變化和姿勢變化，加在各個輪胎上的接地載荷在變動，此時，旋轉側軌道部件與固定側軌道部件之間的間隙隨接地載荷變化，由于此間隙的變化，磁致伸縮傳感器附近的磁場也變化，磁致伸縮傳感器可將此磁場的變化作為磁致伸縮變動量進行計測。并且，通過預先求出此磁致伸縮變動量與軸承的載荷或者輪胎的接地載荷的變動量之間的關系，可以由磁致伸縮變動量進行逆算，求出加在軸承上的載荷或輪胎的接地載荷的變動量。
由于處理裝置具有使磁致伸縮傳感器的輸出平均化的平均部和由被平均化后的輸出來求得載荷的載荷運算部，所以，借助有該處理裝置的帶傳感器的滾動軸承單元，以磁致伸縮傳感器檢測旋轉側軌道部件與固定側軌道部件之間的間隙，并且通過將作為磁致伸縮傳感器的輸出的電壓平均化，使得電壓平均與加在軸承上的載荷間的比例關系得以確保，由此，可由磁致伸縮傳感器的輸出精確地求得軸承的載荷。
因此，在將這種帶傳感器的滾動軸承單元使用在汽車的輪轂單元時，可由旋轉側軌道部件與固定側軌道部件之間的間隙精確地檢測出旋轉側軌道部件從地面受到的力，即接地載荷。由此得到的輪胎接地載荷，除作為轉差率的替代數(shù)據(jù)而被使用在ABS控制外，還被使用在驅(qū)動力控制、制動力控制等方面，有助于提高車輛控制的精度。由于具有旋轉檢測部，該旋轉檢測部根據(jù)磁致伸縮傳感器輸出的變化的重復次數(shù)求出旋轉側軌道部件的旋轉速度，所以，加上上述輪胎的接地載荷，由間隙的變化的重復次數(shù)可以檢測出車輪的轉數(shù)、轉速等等，這樣，使用一個傳感器，可以得到2種重要的車輛控制數(shù)據(jù)。
可以使固定側軌道部件為含有向車體固定的安裝部的外輪；使旋轉側軌道部件由內(nèi)軸以及外嵌于內(nèi)軸的內(nèi)輪組成，其中，車輪就被安裝在該內(nèi)軸上；使磁致伸縮傳感器與內(nèi)輪的外周面相向而固定在固定側軌道部件的端部。這樣一來，這種帶傳感器的滾動軸承單元便可以作為汽車的帶傳感器的輪轂單元而適宜使用。
用作帶傳感器的輪轂單元時，磁致伸縮傳感器可與防止內(nèi)輪脫落的鉚接部的外周面相向設置，也可與內(nèi)輪的外周面相向設置，通過使其與內(nèi)輪的外周面相向而將其固定在固定側軌道部件的端部，磁致伸縮傳感器的信號線的獲取可從固定側軌道部件的端部進行，能夠容易地進行帶傳感器的滾動軸承單元的安裝。磁致伸縮傳感器，通過例如將其埋設在樹脂中，使該樹脂與固定側軌道部件或固定在該固定側軌道部件上的罩等一體化，便可容易地安裝在固定側部件上。


圖1是表示采用本發(fā)明的帶傳感器的滾動軸承單元的第一實施例的縱剖視圖。
圖2是表示采用本發(fā)明的帶傳感器的滾動軸承單元的第二實施例的縱剖視圖。
圖3是表示采用本發(fā)明的帶傳感器的滾動軸承單元的第三實施例的縱剖視圖。
圖4是表示磁致伸縮傳感器的輸出的一例的圖。(a)、(b)分別表示正轉時和反轉時的情況。
圖5是表示磁致伸縮傳感器的輸出的計測例的圖。
圖6是表示磁致伸縮傳感器的輸出與載荷的關系的曲線圖。
圖7是第一至第三實施例的采用本發(fā)明的帶傳感器的滾動軸承單元的傳感器裝置的框圖。
具體實施例方式
以下參照

本發(fā)明的實施方式。圖1表示本發(fā)明的帶傳感
器的滾動軸承單元的第一實施例。在以下的說明中，左、右和上、下，指的是圖中的左、右和上、下。并且，左為車輛的內(nèi)側，右為車輛的外側。
如圖1所示，帶傳感器的滾動軸承單元具有作為滾動軸承的輪轂單元(1)和檢測其旋轉和接地載荷的傳感器裝置(2)。
輪轂單元(1)具有固定在車體側的固定側軌道部件(3)；旋轉側軌道部件(4)，車輪被安裝在該旋轉側軌道部件(4)上；滾珠(5)，其是成2列配置在兩部件(3)、(4)之間的多個滾動體；以及分別保持各列滾珠(5)的保持器6。
固定側軌道部件(3)具有在內(nèi)周面上形成2列外輪軌道的圓筒部(12)和靠近圓筒部(12)的左端部設置的且用螺栓安裝在懸架裝置(車體)上的凸緣部(13)。
旋轉側軌道部件(4)包括內(nèi)軸(14)和內(nèi)輪(17)，其中，內(nèi)軸(14)具有大直徑部(15)和小直徑部(16)，大直徑部(15)具有第1軌道槽(15a)，小直徑部(16)具有比第1軌道槽(15a)的直徑小的外徑，內(nèi)輪嵌于內(nèi)軸(14)的外徑上而得以固定，其右端面與內(nèi)軸(14)的大直徑部(15)的左端面密接。在接近內(nèi)軸(14)的右端處，設置有凸緣部(18)，所述凸緣部(18)上固定有安裝車輪用的多個螺栓(19)。在內(nèi)輪(17)的右部形成有軌道槽(17a)，并且該軌道槽(17a)與內(nèi)軸(14)的軌道槽(15a)并列。在內(nèi)輪(17)的左部成形有肩部(17b)。在固定側軌道部件(3)的右端部與內(nèi)軸(14)之間設有密封裝置(20)。罩(21)蓋在固定側軌道部件(3)的左端部而得以固定。
傳感器裝置(2)具有安裝在固定側軌道部件(3)上的磁致伸縮傳感器(7)和處理磁致伸縮傳感器(7)的輸出的處理裝置(10)(圖1中未示出，參照圖7)。如圖7所示，處理裝置(10)具有旋轉檢測部(10a)、平均部(10b)、載荷運算部(10c)。其中，所述旋轉檢測部(10a)由磁致伸縮傳感器(7)的輸出的變化的重復次數(shù)求得旋轉側軌道部件(4)的旋轉速度；所述平均部(10b)將磁致伸縮傳感器(7)的輸出平均化；所述載荷運算部(10c)由平均部(10b)平均化后的輸出求得輪轂單元(1)所受載荷。當磁致伸縮傳感器(7)為磁阻抗傳感器時，處理裝置(10)包含磁阻抗(MI)元件和為MI元件供給高頻電流的振蕩回路，并且，有時也包含檢測信號放大用的放大回路。
本實施方式中，磁致伸縮傳感器(7)為磁阻抗傳感器，由樹脂(22)將其埋設在金屬制的罩(21)的內(nèi)部。磁致伸縮傳感器(7)的前端的傳感面面對鉚接部(16a)，該鉚接部(16a)設在內(nèi)軸(14)的小直徑部(16)端部，用于防止內(nèi)輪(17)脫落。樹脂(22)上與之一體形成有連接器部(27)，該連接器部(27)用于安裝將設在車體側的處理裝置(11)和傳感器裝置(2)連接起來的電氣配線。連接器部(27)中設有信號用的連接器銷(23)，磁致伸縮傳感器(7)與連接器銷(23)通過連接器(24)和導線(或僅通過導線)接通。磁致伸縮傳感器(7)的檢測面隔著徑向的間隙(S)面向鉚接部(16a)的外周面。由于相對于固定側軌道部件(3)的中心軸，旋轉側軌道部件(4)的中心軸(例如，由于伴隨制造時的誤差的芯偏差)略微偏心，所以，間隙(S)徑向的寬度隨旋轉側軌道部件(4)的旋轉而變化。如圖4所示，磁致伸縮傳感器(7)輸出與間隙(S)的徑向?qū)挾认鄳碾妷褐?。該圖4中的Ti為旋轉側軌道部件(4)的旋轉周期，每旋轉一圈，間隙(S)呈現(xiàn)周期性變化。此電壓不僅在如該圖4(a)所示正轉時可檢測出，在如該圖4(b)所示反轉時也可檢測出。因此，可由此磁致伸縮傳感器(7)的輸出求得旋轉速度。
上述的間隙(S)的寬度，隨輪胎的接地載荷而變化，如圖5所示，磁致伸縮傳感器(7)將輪胎的接地載荷的變化作為間隙(S)的電壓值變化而輸出。
安裝磁致伸縮傳感器的位置可做適當變更，如圖2所示，磁致伸縮傳感器(8)被固定在罩(21)的內(nèi)部，并且其傳感面也隔著徑向的間隙(S)面對內(nèi)輪(17)的肩部(17b)的外周面。圖2中其余各處與圖1相同，對相同結構賦以相同符號，省略其說明。
另外，如圖3所示，磁致伸縮傳感器(9)也可被固定在固定側軌道部件(3)的軸方向大致中央部，并且其前端的傳感面隔著徑向的間隙(S)面對內(nèi)軸(14)的大直徑部(15)外周面。在該圖3中，磁致伸縮傳感器(9)與振蕩回路一并埋設成形于樹脂制的外殼(25)中。另外，外殼(25)上與之一體形成有連接器部(27)和凸緣部(25a)，其中，連接器部(27)用于安裝將設在車體側的處理裝置(11)和傳感器裝置(2)連接起來的電氣配線，凸緣部(25a)用于將外殼(25)固定在固定側軌道部件(3)的外周面上。連接器部(27)的內(nèi)部設有信號用的連接器銷(23)，磁致伸縮傳感器(9)和連接器銷(23)通過導線(24)接通。外殼(25)被插入到固定側軌道部件(3)上形成的安裝孔(3a)中，凸緣部(25a)通過螺栓(26)固定在固定側軌道部件(3)上。
并且，如圖1、圖2和圖3所示，磁致伸縮傳感器也可不由樹脂支承在罩(21)和外殼(25)中，而直接安裝在固定側軌道部件(3)上。
如圖2和圖3所示，即使在安裝磁致伸縮傳感器(8)、(9)時，磁致伸縮傳感器(8)、(9)的輸出也成為圖4和圖5那樣，因此，可由此磁致伸縮傳感器(8)、(9)的輸出求得旋轉速度。
根據(jù)上述圖1至圖3所示的帶傳感器的滾動軸承單元，當輪胎的接地載荷變動時，如圖7所示，安裝在固定側軌道部件(3)上的磁致伸縮傳感器(7)、(8)、(9)與旋轉側軌道部件(4)之間的空氣隙就會變動。如圖4和圖5所示，由于空氣隙作周期性變化，所以在處理裝置(10)的旋轉檢測部(10a)中，可從間隙的變化的重復次數(shù)求得旋轉側軌道部件(4)的轉數(shù)。另一方面，間隙的振幅在處理裝置(10)的平均部(10b)被平均化。如圖6所示，經(jīng)平均化的磁致伸縮傳感器(7)、(8)、(9)的電壓與接地載荷的關系為直線關系，通過預先使存儲器(11)儲存此直線式，可在處理裝置(10)的接地載荷運算部(10c)，從磁致伸縮傳感器(7)、(8)、(9)的電壓平均值求出接地載荷。所得到的接地載荷的變動量，可輸出至車輛控制機構，對車輛施行適當?shù)目刂啤?br> 并且，雖然以上以求輪轂單元(1)的旋轉側軌道部件(4)的旋轉速度為例進行了說明，但對于輪轂單元以外的各種滾動軸承，也可基于上述實施方式求出旋轉側軌道部件的轉速。此時，滾動軸承可使用除球軸承之外的滾子軸承、滾針軸承等。另外，既可為單列，也可為多列。
以本發(fā)明的帶傳感器的滾動軸承單元，代替目前使用于各種裝置中的滾動軸承，能夠以簡易的結構檢測旋轉速度。另外，當被使用于汽車的輪轂單元中時，能夠以簡單的結構精確地求出接地載荷及車輪的轉速。
權利要求
1.一種帶傳感器的滾動軸承單元，具有滾動軸承和傳感器裝置，所述滾動軸承有固定側軌道部件、旋轉側軌道部件和配置在兩部件間的滾動體，所述傳感器裝置設在滾動軸承上，其特征在于，傳感器裝置有磁致伸縮傳感器和處理磁致伸縮傳感器的輸出的處理裝置，所述磁致伸縮傳感器設在固定側軌道部件上，其用于檢測固定側軌道部件與旋轉側軌道部件之間存在的間隙，處理裝置具有旋轉檢測部，該旋轉檢測部從磁致伸縮傳感器的輸出的變化的重復次數(shù)求得旋轉側軌道部件的轉速。
2.權利要求1的帶傳感器的滾動軸承單元，其特征在于，處理裝置進一步具有平均部及載荷運算部，所述平均部將磁致伸縮傳感器的輸出平均化，所述載荷運算部從經(jīng)平均部平均化后的輸出求出滾動軸承所受載荷。
3.權利要求1的帶傳感器的滾動軸承單元，其特征在于，間隙的變化通過旋轉側軌道部件相對于固定側軌道部件的偏心而產(chǎn)生。
4.權利要求1-3中的任一項所述的帶傳感器的滾動軸承單元，其特征在于，固定側軌道部件為外輪，該外輪有將該固定側軌道部固定于車體的安裝部；旋轉側軌道部件包括內(nèi)軸和外嵌于內(nèi)軸上的內(nèi)輪，其中，車輪安裝在所述內(nèi)軸上。
5.權利要求4的帶傳感器的滾動軸承單元，其特征在于，磁致伸縮傳感器設為與鉚接部的外周面相向，該鉚接部用以防止設在內(nèi)軸端部的內(nèi)輪脫落。
6.權利要求4的帶傳感器的滾動軸承單元，其特征在于，磁致伸縮傳感器與內(nèi)輪的外周面相向而固定于固定側軌道部件的端部。
7.權利要求4的帶傳感器的滾動軸承單元，磁致伸縮傳感器與內(nèi)軸的外周面而固定于固定側軌道部件上。
8.權利要求4的帶傳感器的滾動軸承單元，磁致伸縮傳感器埋設在樹脂中，樹脂與固定側軌道部件或固定在固定側軌道部件上的罩一體化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種帶傳感器的滾動軸承單元。傳感器裝置(2)具有磁致伸縮傳感器(8)和用于處理磁致伸縮傳感器(8)的輸出的處理裝置。磁致伸縮傳感器(8)設在固定側軌道部件(3)上，用于檢測固定側軌道部件(3)與旋轉側軌道部件(4)之間的間隙。處理裝置具有旋轉檢測部、平均部和載荷運算部，其中，旋轉檢測部根據(jù)磁致伸縮傳感器(8)的輸出的變化的重復次數(shù)求出旋轉側軌道部件(4)的轉速；平均部將磁致伸縮傳感器(8)的輸出平均化；載荷運算部根據(jù)在平均部被平均化了的輸出求出加在滑動軸承上的載荷。
文檔編號F16C33/76GK1748091SQ200480003748
公開日2006年3月15日 申請日期2004年2月6日 優(yōu)先權日2003年2月7日
發(fā)明者小八木桂, 井上昌弘 申請人:光洋精工株式會社