(57)【要約】【課題】回転体の変位を検出するためのセンサが回転センサとしても機能することが可能である回転装置を提供する。【解決手段】回転装置１０は、センサロータ１７、及び、第一及び第二のセンサ７を有するセンサ装置６を備える。センサ装置６は、ハブ軸１１がセンサロータ１７と共に一回転する間に周期的な波形信号を複数周期について出力すると共に、ハブ軸１１が変位すると、第一のセンサ７は位相が遅れた波形信号を出力し、第二のセンサ７は位相が進んだ波形信号を出力する。処理装置１８は、前記波形信号に基づいて、第一及び第二のセンサ７の検出対象位置それぞれにおけるセンサロータ１７の回転角度を求めると共に、当該回転角度の差に基づいてセンサロータ１７の変位量を求める処理、前記変位量を補正するための処理、及び、作用する荷重を補正後の変位量から求める処理を実行する。【選択図】      図１
2020085840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定体と、
前記固定体の中心線回りに回転する回転体と、
前記回転体と一体回転するセンサロータ、及び、前記固定体側に設けられ当該センサロータを検出対象とする第一のセンサ及び第二のセンサを有するセンサ装置と、
前記センサ装置から出力される信号を処理する処理装置と、
を備え、
前記センサ装置は、
前記回転体が前記センサロータと共に一回転する間に周期的な波形信号を複数周期について出力すると共に、前記固定体に対して前記回転体が変位すると、前記第一のセンサは位相が遅れた波形信号を出力し、前記第二のセンサは位相が進んだ波形信号を出力し、
前記処理装置は、
前記波形信号に基づいて、前記第一のセンサの検出対象位置及び前記第二のセンサの検出対象位置それぞれにおける前記センサロータの回転角度を求めると共に、当該回転角度の差に基づいて前記センサロータの変位量を求める処理、
前記変位量を補正するための処理、及び、
作用する荷重を補正後の前記変位量から求める処理を実行する、
回転装置。
【請求項２】
前記回転体の一回転内における当該回転体の振れ回り量を示す補正用データを記憶する記憶装置を、更に備え、
前記処理装置は、求めた前記センサロータの変位量から、前記補正用データの前記振れ回り量を減算し、補正後の変位量を求める、請求項１に記載の回転装置。
【請求項３】
前記処理装置は、前記センサ装置から出力された前記波形信号に基づいて、前記センサロータの回転周波数を求め、
前記処理装置は、前記センサ装置から出力された前記波形信号を周波数領域に変換したデータから、前記回転周波数の周波数成分を除去し、更に、時間領域のデータに逆変換し、逆変換したデータに基づいて、前記センサロータの変位量を求める、請求項１に記載の回転装置。
【請求項４】
前記処理装置は、
前記第一のセンサ及び前記第二のセンサそれぞれからの前記波形信号を、当該波形信号の一周期毎に単調性を有する角度信号に変換し、当該角度信号から、前記検出対象位置それぞれにおける前記センサロータの回転角度を求める、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転装置。
【請求項５】
前記第一のセンサ及び前記第二のセンサそれぞれは、位相差を有する２相の波形信号を出力する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ付きの回転装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転体に作用する荷重を、センサを用いて検出する技術が知られている。例えば、特許文献１には、自動車用のいわゆるハブユニット（車輪用軸受装置）に作用する荷重をセンサによって検出する技術が開示されている。ハブユニットは、車体側に固定される外輪と、車輪が取り付けられるハブ軸と、これら外輪とハブ軸との間に設けられた転動体とを備える。特許文献１では、外輪にセンサが取り付けられている。センサは、変位センサ（ギャップセンサ）であり、ハブ軸の一部を検出対象としている。
【０００３】
例えば車輪からハブユニットに荷重が作用すると、外輪に対してハブ軸が径方向に僅かに変位する。すると、センサと検出対象とのギャップが変化し、これに応じてセンサの出力が変化する。センサの出力を演算処理することにより、ハブ軸の変位、及び作用した荷重が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１４９５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ハブユニットの構成部材の製造及びその組み立てにおいて、製造上の不可避的な誤差が生じる。この誤差により、荷重に関係なく、ハブ軸は僅かであるが振れ回り（偏心回転）する。ハブ軸の振れ回りはセンサの検出信号に周期的な変動となって現れる。周期的な変動はセンサの検出信号において不要成分となる。センサによる目的の検出量（前記ギャップ）に対して、振れ回り量の占める割合が高い。このため、ハブ軸の変位及び作用する荷重を正確に求めるためには、センサによる出力結果について補正する必要がある。
【０００６】
このために、前記特許文献１では、図９に示すように、前記のような変位センサによる第一のセンサ装置９１、及びこの第一のセンサ装置９１の出力から荷重を求める演算装置９３の他に、第二のセンサ装置９２が設けられている。第二のセンサ装置９２は、回転センサであり、例えばハブユニットに設けられているＡＢＳセンサとされ、ハブ軸の回転に応じてパルス信号を出力する。演算装置９３は、前記パルス信号からハブ軸の回転角速度を演算により取得する。演算装置９３は、取得した回転角速度を用いて、第一のセンサ装置９１の出力を補正し（除去演算部９３ａ）、前記不要成分を低減して荷重を求めている（荷重演算部９３ｂ）。
【０００７】
以上のように、従来では、ハブ軸の変位、及び作用した荷重を求めるために用いられる第一のセンサ装置（変位センサ）９１の他に、補正を行うために用いられる第二のセンサ装置（回転センサ）９２が必要となっている。
【０００８】
そこで、本発明は、回転体の変位を検出するためのセンサが回転センサとしても機能することが可能である回転装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の回転装置は、固定体と、前記固定体の中心線回りに回転する回転体と、前記回転体と一体回転するセンサロータ、及び、前記固定体側に設けられ当該センサロータを検出対象とする第一のセンサ及び第二のセンサを有するセンサ装置と、前記センサ装置から出力される信号を処理する処理装置と、を備え、
前記センサ装置は、前記回転体が前記センサロータと共に一回転する間に周期的な波形信号を複数周期について出力すると共に、前記固定体に対して前記回転体が変位すると、前記第一のセンサは位相が遅れた波形信号を出力し、前記第二のセンサは位相が進んだ波形信号を出力し、
前記処理装置は、前記波形信号に基づいて、前記第一のセンサの検出対象位置及び前記第二のセンサの検出対象位置それぞれにおける前記センサロータの回転角度を求めると共に、当該回転角度の差に基づいて前記センサロータの変位量を求める処理、前記変位量を補正するための処理、及び、作用する荷重を補正後の前記変位量から求める処理を実行する。
【００１０】
前記回転装置によれば、センサ装置から出力される波形信号に基づいて、センサロータの回転角度及び変位量が求められる。つまり、センサ装置が、センサロータの変位量を求めるためのセンサとしての機能と、センサロータの回転角度を求めるための回転センサとしての機能との双方を有することができる。なお、センサロータは回転体と一体であることから、センサロータの回転角度は回転体の回転角度と同じであり、センサロータの変位量は回転体の変位量と同じである。
【００１１】
回転体の変位量は前記回転角度の差に比例することから、処理装置は、求めた前記回転角度の差に基づいて回転体の変位量が求められ、また、この変位量に回転装置の剛性を示す値（係数）を乗算することで、回転装置に作用する荷重が求められる。以上より、前記回転装置によれば、センサ装置からの波形信号に基づいて、変位量の補正が可能であり、補正後の変位量から回転体に作用する荷重を求めることが可能となる。
【００１２】
また、好ましくは、前記回転装置は、前記回転体の一回転内における当該回転体の振れ回り量を示す補正用データを記憶する記憶装置を、更に備え、前記処理装置は、求めた前記センサロータの変位量から、前記補正用データの前記振れ回り量を減算し、補正後の変位量を求める。この構成によれば、変位量を補正するための処理が早くなる。
【００１３】
前記センサロータの回転周波数は、回転体の振れ回りの周波数と対応する。そこで、前記補正のための別の処理手段として、前記処理装置は、前記センサ装置から出力された前記波形信号に基づいて、前記センサロータの回転周波数を求め、前記処理装置は、前記センサ装置から出力された前記波形信号を周波数領域に変換したデータから、前記回転周波数の周波数成分を除去し、更に、時間領域のデータに逆変換し、逆変換したデータに基づいて、前記センサロータの変位量を求めることもできる。この場合、前記のような補正用データを予め記憶装置に記憶させなくてもよい。
【００１４】
また、好ましくは、前記処理装置は、前記第一のセンサ及び前記第二のセンサそれぞれからの前記波形信号を、当該波形信号の一周期毎に単調性を有する角度信号に変換し、当該角度信号から、前記検出対象位置それぞれにおける前記センサロータの回転角度を求める。この構成によれば、センサロータの回転角度をより一層正確に求めることができる。
【００１５】
また、好ましくは、前記第一のセンサ及び前記第二のセンサそれぞれは、位相差を有する２相の波形信号を出力する。この構成によれば、センサロータの回転角度をより一層正確に求めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の回転装置によれば、回転体の変位を検出するためのセンサが、回転センサとしても機能することが可能となる。この結果、回転装置のコンパクト化、軽量化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】回転装置の一例を示す模式図である。
【図２】回転装置を軸方向他方側から見た概略図である。
【図３】センサから出力される波形信号の説明図である。
【図４】波形信号が変換された角度信号の説明図である。
【図５】処理装置が実行する処理を説明するフロー図である。
【図６】補正用データの一例を示す説明図である。
【図７】補正前のハブ軸の変位量を示すグラフである。
【図８】補正後のハブ軸の変位量を示すグラフである。
【図９】従来技術の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔回転装置１０の構成について〕
図１は、回転装置１０の一例を示す断面図である。本実施形態の回転装置１０は、自動車用のハブユニット（車輪用軸受装置）である。回転装置１０は、ハブ軸（内軸部材）１１と、ハブ軸１１の一部の径方向外方に設けられた筒状の外輪（外輪部材）１２と、転動体である玉１３とを備える。この回転装置１０において、外輪１２の中心線Ｃに沿った方向を「軸方向」と称する。ここでは、「軸方向」に、中心線Ｃに平行な方向も含まれるものとする。中心線Ｃに直交する方向が径方向であり、単に「径方向」と称する。本実施形態では、ハブ軸１１が中心線Ｃ回りに回転する。中心線Ｃ回りの回転方向を「周方向」と称する。また、中心線Ｃに沿った方向をＹ軸方向とする。中心線Ｃに直交する水平方向をＸ軸方向とする。中心線Ｃに直交する鉛直方向をＺ軸方向とする。図１及び図２において、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸による直交座標系が定義される。ハブユニットである回転装置１０が自動車の車体側に固定された状態で、ステアリング操舵角がゼロの状態において、自動車の前後方向はＸ軸に沿った方向と一致し、左右方向はＹ軸に沿った方向と一致し、上下方向はＺ軸に沿った方向と一致する。
【００１９】
外輪１２は、円筒形状である外輪本体部２１と、この外輪本体部２１から径方向外方に延びて設けられている固定用のフランジ部２２とを有する。外輪１２はフランジ部２２によって車体側部材であるナックル（図示せず）に取り付けられ、これにより外輪１２を含む回転装置１０が車体に固定される。本実施形態では、外輪１２が固定体となり、ハブ軸１１が回転体となる。ハブ軸１１が外輪１２に対して中心線Ｃ回りに回転する。
【００２０】
ハブ軸１１は、内軸２３と、この内軸２３の軸方向他方側に取り付けられた内輪２４とを有する。内軸２３は、外輪１２の径方向内方に設けられている内軸本体部２６と、内軸本体部２６の軸方向一方側に設けられているフランジ部２７とを有する。フランジ部２７は、内軸本体部２６の軸方向一方側から径方向外方に延びて設けられている。フランジ部２７の軸方向一方側の面に、図示しないが、車輪及びブレーキロータが取り付けられる。
【００２１】
内輪２４は、環状の部材であり、内軸本体部２６の軸方向他方側に外嵌し、軸方向に抜け止めされた状態で固定される。外輪本体部２１の内周側に玉１３が転がり接触する外軌道面が形成され、内軸本体部２６及び内輪２４それぞれの外周側に玉１３が転がり接触する内軌道面が形成されている。玉１３は、外輪１２とハブ軸１１との間に二列となって設けられている。各列に含まれる複数の玉１３が保持器（図示せず）によって保持される。
【００２２】
回転装置１０は、更に、センサ装置６、センサ装置６から出力される信号を処理する処理装置１８、及び記憶装置１９を備える。センサ装置６は、ハブ軸１１と一体回転するセンサロータ１７と、複数のセンサ７とを有する。センサロータ１７は、中心線Ｃを中心としてハブ軸１１の軸方向他方側に取り付けられている。図１の形態では、内輪２４の一部にセンサロータ１７が外嵌して固定されている。センサロータ１７は、環状の部材であり、複数の歯が周方向に沿って間隔をあけて（等間隔で）設けられた歯車形状を有する（図２参照）。図２は、回転装置１０を軸方向他方側から見た概略図である。前記歯はセンサ７の検出対象となる。センサロータ１７は、強磁性体により構成されるのが好ましい。
【００２３】
センサ装置６には、複数のセンサ７が含まれる。センサ７は、センサロータ１７の周囲に設けられていて、センサロータ１７（その一部である前記歯）を検出対象とする。本実施形態では、周方向に沿って等間隔で四つのセンサ７が設けられている。センサ７に付されている符号の添字（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に関して説明する。添字Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、中心線Ｃを基準とした配置を意味しており、図２において、中心線Ｃを基準とした場合の、前、後、上、下を示す。例えば、前に位置するセンサの符号は「７Ａ」であり、後ろに位置するセンサの符号は「７Ｂ」である。センサ７の構成は、前、後、上、下に関わらず、同じであることから、センサ７に関して共通する説明では、添字（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を省略する。第一のセンサ７Ａと第二のセンサ７Ｂとは中心線Ｃを中心として１８０度離れて設けられている。これら前後のセンサ７Ａ，７Ｂが一組のセンサグループとされる。第三のセンサ７Ｃと第四のセンサ７Ｄとは中心線Ｃを中心として１８０度離れて設けられている。これら上下のセンサ７Ｃ，７Ｄが別の一組のセンサグループとされる。センサ７Ａとセンサ７Ｃとは中心線Ｃを中心として９０度離れて設けられている。
【００２４】
センサ７は、磁気センサであり、磁気抵抗素子を用いた変位センサ及び回転センサとしての機能を有することができる。センサ７は、Ａ相の磁気抵抗素子と、Ｂ相の磁気抵抗素子とを有する。Ａ相及びＢ相それぞれの磁気抵抗素子によって、センサ７が対向するセンサロータ１７の移動に伴う磁界変化が検出される。本実施形態では、前記のとおりセンサロータ１７は歯車からなり、センサ７は、その歯車の歯が設けられているセンサロータ１７の外周部を検出対象としている。センサロータ１７が中心線Ｃ回りに回転することで、センサ７における磁界が変化する。この磁界変化に基づいて、センサ７は、検出信号として、位相が異なるＡ相及びＢ相の波形信号を出力する。
【００２５】
センサ７の出力信号について更に説明する。前記のとおりセンサロータ１７は歯車形状を有する。このため、センサ７は、センサロータ１７の一つの歯から（凹部を経て）その周方向隣の他の歯までを「一周期」とする波形信号を繰り返し出力する。センサロータ１７における歯の数を「Ｎ」とする。センサロータ１７と一体であるハブ軸１１が一回転（３６０度回転）すると、その間に、各センサ７は、一周期の波形信号をＮ回繰り返して出力する。つまり、各センサ７は、ハブ軸１１がセンサロータ１７と共に一回転する間に、周期的な波形信号を複数周期について出力する。
【００２６】
各センサ７は、前記のとおり、位相差を有する２相（Ａ相及びＢ相）の周期的な波形信号を出力する。つまり、センサ７が対向するセンサロータ１７の移動に伴って、前記Ａ相の磁気抵抗素子からＳＩＮ信号が出力され、前記Ｂ相の磁気抵抗素子からＣＯＳ信号が出力される。ハブ軸１１が一回転（３６０度回転）すると、その間に、各センサ７は、一周期のＳＩＮ信号をＮ回繰り返して出力すると共に、一周期のＣＯＳ信号をＮ回繰り返して出力する。これらＳＩＮ信号とＣＯＳ信号とに基づいて、後に説明するが、センサロータ１７と一体回転するハブ軸１１の変位量及び回転角度等が求められる。変位量及び回転角度等を求める処理は、処理装置１８（図１参照）によって行われる。処理装置１８は、回転装置１０外に設けられていればよく、本実施形態では、自動車のＥＣＵの機能の一部により構成されている。処理装置１８は、複数（四つ）のセンサ７それぞれから２相の波形信号を取得し、各種処理を実行する。
【００２７】
なお、センサロータ１７は、歯車形状以外であってもよく、例えば、磁石からなり、Ｎ極とＳ極とが周方向に沿って交互に設けられていてもよい。Ｎ極（Ｓ極）は均等配にある。この場合、各センサ７は、センサロータ１７の一つのＮ極からＳ極を経て次のＮ極までを「一周期」とする波形信号を繰り返し出力する。センサ７は、センサロータ１７の回転により、位相差を有する２相の周期的な波形信号を出力するものであればよく、形態については変更可能である。つまり、センサ７は、ＭＲセンサ以外に、ホールセンサであってもよい。または、センサは、透過形光電式や反射形光電式の光学式であってもよい。これに応じて、センサロータ１７の形態も変更される。
【００２８】
〔センサ信号の処理について〕
センサ７が出力する波形信号及びその処理について説明する。なお、以下に説明する処理は、処理装置１８によって実行される。図５は、処理装置１８が実行する処理を説明するフロー図である。回転装置１０（図１参照）は、前記のとおり、処理装置１８の他に記憶装置１９を備える。記憶装置１９は、処理装置１８が有するメモリ等により構成されていてもよいが、処理装置１８と別に設けられたメモリ等であってもよい。処理装置１８は、プロセッサ、及びコンピュータプログラムが記憶されているメモリ等の記憶装置（１９）を有している。前記コンピュータプログラムにしたがって前記プロセッサが実行する処理により、処理装置１８は、図５に示すように機能部として、第一演算部４１、補正部４４、及び第二演算部４５を備える。第一演算部４１には、位相差・変位検出部４２及び精密角度演算部４３が含まれる。上下左右の四つのセンサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ（図２参照）が、図５における角度検出部に相当する。
【００２９】
本実施形態では、回転装置１０の製造上の不可避的な誤差により、外輪１２に対してハブ軸１１は僅かであるが振れ回りしているとする。この場合、ハブ軸１１の振れ回りは、センサ７の検出信号に周期的な変動となって現れる。この周期的な変動はセンサ７から出力される前記波形信号において不要成分である。以下において、不要成分を「回転変動成分」とも称する。つまり、センサ装置６から取得される前記波形信号には、回転変動成分の信号が含まれている。このため、ハブ軸１１に荷重が作用した際、処理装置１８が、この波形信号を補正することなくそのまま用いて、回転装置１０に作用する荷重を求めると、正確な値が得られない。そこで、後に説明するように、補正処理が実行される。以下、補正処理に関する具体例を説明する。
【００３０】
ハブ軸１１（図１及び図２参照）が一定の速度（角速度）で回転している状態で、ハブ軸１１にＺ軸に沿って下向きの荷重が作用する場合について説明する。この場合、外輪１２に対してハブ軸１１及びセンサロータ１７がＺ軸に沿って下向きに僅かであるが変位する。この変位は、センサロータ１７の外周面の回転移動と等価であるとみなすことができる。図２において、ハブ軸１１及びセンサロータ１７の回転方向は、矢印Ｒ方向である。センサ７Ａ側では、前記荷重によりハブ軸１１及びセンサロータ１７が変位する方向は、ハブ軸１１の回転に対して（回転軌跡の接線方向に対して）反対方向となる。このため、センサ７Ａからは、荷重が作用しない場合と比較して、図３の上側の説明図に示すように、Ａ相及びＢ相ともに、位相が遅れた波形信号が出力される。つまり、センサ７Ａは、センサロータ１７の変位を遅れ角度として検出する。なお、図３において、荷重の負荷前のセンサ７からの信号が実線で示され、荷重の負荷後のセンサ７からの信号が破線で示されている。図２において、センサ７Ｂ側では、前記荷重によりハブ軸１１及びセンサロータ１７が変位する方向は、ハブ軸１１の回転に対して（回転軌跡の接線方向に対して）順方向（同方向）となる。このため、センサ７Ｂからは、荷重が作用しない場合と比較して、図３の下側の説明図に示すように、Ａ相及びＢ相ともに、位相が進んだ波形信号が出力される。つまり、センサ７Ｂは、センサロータ１７の変位を進み角度として検出する。以上のように、外輪１２に対してハブ軸１１が径方向の一方（本実施形態では、Ｚ軸に沿って下向き）に変位すると、センサ７Ａは位相が遅れた波形信号を出力し、センサ７Ｂは位相が進んだ波形信号を出力する。
【００３１】
なお、反対に、荷重の方向がＺ軸に沿って上向きとなる場合、センサ７Ａは変位を進み角度として検出し、センサ７Ｂは変位を遅れ角度として検出する。また、前記のとおり、センサ７から出力される前記波形信号には、荷重による成分の他に、不要である回転変動成分の信号が含まれている。
【００３２】
ハブ軸１１に荷重が作用すると、中心線Ｃを中心として１８０度離れて設けられている一組のセンサ７Ａ及びセンサ７Ｂそれぞれから出力される信号には位相差Ｑ（図３参照）が発生する。この位相差Ｑは、波形の時間差として得られる。そこで、特定のタイミングでの（瞬時の）位相差Ｑを検出するために、センサ７Ａ及びセンサ７Ｂそれぞれから得られた波形信号について、角度変換処理が行われる。角度変換処理は、位相差・変位検出部４２（図５参照）によって実行される。
【００３３】
角度変換処理について説明する。センサ７Ａ及びセンサ７Ｂそれぞれからの波形信号は、所定の演算処理がされることで（アークタンジェント演算されることで）図４に示すように、波形信号の前記一周期毎に単調性を有する角度信号（電気角の信号）に変換される。なお、ここでの角度信号は、電気角（単位［ｒａｄ］）の信号である。また、前記の単調性とは、信号の途中に極大及び極小を有さず増加又は減少することを意味する。本実施形態では、単調性を有する三角波の角度信号が得られる。図４の上側がセンサ７Ａによる角度信号のグラフであり、図４の下側がセンサ７Ｂによる角度信号のグラフである。図４の各グラフの縦軸に示す角度（角度信号）は、センサ７Ａの検出対象位置及びセンサ７Ｂの検出対象位置それぞれにおけるセンサロータ１７の回転角度（電気角［ｒａｄ］）である。
【００３４】
センサ装置６からの波形信号が角度変換処理されて得られた角度信号（回転角度）に基づいて、図４に示すように、特定のタイミング（特定の時刻）ｔにおける、センサ７Ａの検出対象位置におけるセンサロータ１７の回転角度（電気角）θＡが求められ、センサ７Ｂの検出対象位置におけるセンサロータ１７の回転角度（電気角）θＢが求められる。
【００３５】
更に、センサ７Ａの検出対象位置とセンサ７Ｂの検出対象位置とにおいて、同じタイミング（同時刻）ｔにおけるセンサ７Ａ側とセンサ７Ｂ側との回転角度の差（θＡＢ＝θＡ−θＢ）が求められる。本実施形態では、電気角θＡ，θＢの単位は［ｒａｄ］であり、回転角度の差θＡＢとして、電気角の差（θＡＢ［ｒａｄ］）が求められる。
【００３６】
ここで、ハブ軸１１（センサロータ１７）の変位量ΔＺは、センサ７Ａ側の電気角θＡとセンサ７Ｂ側の電気角θＢとの差θＡＢに比例する。そこで、電気角の差（θＡＢ）が算出されると、次の式（１）により、前記荷重により生じたハブ軸１１の変位量ΔＺが算出される。つまり、変位量ΔＺと前記電気角の差（θＡＢ）とは、次の式（１）を満たす関係にある。ただし、ハブ軸１１の回転中心（中心線Ｃ）からセンサロータ１７の外周部（歯）までの距離（設計値）、つまり、センサロータ１７の外周部を通過する仮想円の半径を「ｒ」［ｍｍ］とする。また、センサロータ１７における歯（検出対象）の等配数は「Ｎ」である。式（１）の演算は、位相差・変位検出部４２（図５参照）によって実行される。
【００３７】
ΔＺ＝２×ｒ×θＡＢ／Ｎ  ［ｍｍ］  ・・・（１）
【００３８】
以上より、センサ装置６から出力される波形信号は、ハブ軸１１（センサロータ１７）の変位量を求めるために用いられる。つまり、センサ装置６は、ハブ軸１１の変位量を求めるための変位センサとしての機能を有する。
【００３９】
変位量ΔＺが算出されると、変位量ΔＺは、次に式（２）によって前記荷重Ｆｚに換算される。つまり、変位量ΔＺに軸受剛性Ｋｚ［Ｎ／ｍｍ］を乗算することで、負荷された荷重Ｆｚが算出される。この演算は、第二演算部４５（図５参照）によって実行される。
【００４０】
Ｆｚ＝Ｋｚ×ΔＺ  ［Ｎ］・・・（２）
【００４１】
ところが、前記のとおり、本実施形態では、外輪１２に対してハブ軸１１は僅かであるが振れ回りしている。このため、前記振れ回りは周期的な変動となってセンサ７Ａ，７Ｂの検出信号に現れる。つまり、センサ７Ａ，７Ｂの波形信号には、不要である回転変動成分の信号が含まれている。この結果、算出して得られる前記変位量ΔＺは、回転変動成分の信号が含まれる。そこで、本実施形態では、荷重を算出する前に、補正部４４（図５参照）によって、前記回転変動成分の信号を除去するための補正処理が行われる。そして、補正処理を実行した変位量ΔＺ′に基づいて、前記式（２）により荷重Ｆｚが算出される。
【００４２】
〔補正処理について〕
図５には、処理装置１８（補正部４４）が実行する補正処理も含まれている。図５において、記憶装置１９には、補正用データが記憶されている。処理装置１８が補正処理を実行するために、各回転装置（ハブユニット）１０についての補正用データが予め生成され、その補正用データは、その回転装置（ハブユニット）１０用の記憶装置１９に記憶されている。
【００４３】
まず、補正用データの生成について説明する。回転装置１０（図１参照）に荷重が負荷されていない状態でハブ軸１１を回転させる。この状態で、各センサ７により得られる波形信号を処理装置１８が取得する。補正用データを生成するための処理装置１８は、別の処理装置（自動車のＥＣＵとは別の処理装置）であってもよい。ハブ軸１１が振れ回りしていて回転変動成分を有して回転していると、センサ７とセンサロータ１７との距離が変動する。このため、センサ７から出力される波形信号には、荷重成分は含まれないが、回転変動成分が含まれる。
【００４４】
各センサ７から取得される信号は、図３の実線に示すような波形信号である。この実線の波形信号は、荷重が負荷されていない状態のものである。センサ７それぞれの波形信号を入力データとして、位相差・変位検出部４２（図５参照）は、前記角度変換処理を実行する。つまり、センサ７の波形信号は、図４に示すように、前記一周期毎に、単調性を有する角度信号に変換される。ここでの角度（角度信号）は電気角［ｒａｄ］である。
【００４５】
精密角度演算部４３は、ハブ軸１１を一回転させる際の始点からの歯（検出ターゲット）のカウント数ｋを刻々と取得する。例えば、歯（検出ターゲット）の全数Ｎが「３０」であり、ハブ軸１１が半回転（１８０度回転）したとすると、カウント数ｋは「１５」となる。このカウント数は、センサ７からの波形信号の周期の数により得られる。
【００４６】
あるタイミングでの、角度変換処理されて得た前記角度信号θ［ｒａｄ］と、歯（検出ターゲット）の数Ｎと、前記タイミングでの前記カウント数ｋとから、ハブ軸１１の前記始点からの一回転内における前記タイミングでの回転角度は、次の式（３）により算出される。前記回転角度は、機械角α［ｄｅｇ］である。なお、前記角度信号θは、四つのセンサ７のうちの一つによる値であってもよく、又は、これらセンサ７による値の平均値であってもよい。本実施形態では、前記角度信号θは、１８０度離れて設けられている一組のセンサ７（例えば、センサ７Ａとセンサ７Ｂ）による値の平均値である。
【００４７】
α＝ｋ×（３６０度／Ｎ）＋θ／Ｎ  ・・・（３）
【００４８】
この式（３）により、回転開始（前記始点）から、一回転内における所定のタイミングでのハブ軸１１の回転角度（機械角（０≦α≦３６０）［ｄｅｇ］）が求められる。
【００４９】
また、回転開始（前記始点）から、一回転内における所定の回転角度に対応したハブ軸１１の振れ回り量Ｇ［ｍｍ］が、次の式（４）により算出される。この演算は、位相差・変位検出部４２及び精密角度演算部４３によって、同じセンサ７が用いられ、かつ、同じタイミングで実行され、演算値は記憶される、このため、タイミングによる誤差や外部計測器（角度センサ）との系統誤差の影響を受けない。
【００５０】
Ｇ＝Ｇ（ΔＺ（θＡＢ，α））  ・・・（４）
【００５１】
なお、式（４）における回転角度の差θＡＢ［ｒａｄ］は、前記タイミングでの値であり、回転装置１０（図１参照）に荷重が負荷されていない状態で、センサ装置６から取得された波形信号に基づいて、位相差・変位検出部４２が、前記と同様の処理によって求めた値である。ハブ軸１１と一体回転するセンサロータ１７が振れ回りすることから、荷重が作用していない状態でも、センサ７Ａ側の回転角度（電気角）θＡと、センサ７Ｂ側の回転角度（電気角）θＢとの間に、差（θＡＢ）が発生する。
【００５２】
以上より、図６に示すように、ハブ軸１１の一回転内における回転角度（機械角α［ｄｅｇ］）毎の振れ回り量Ｇを示すデータが生成される。このデータは、ハブ軸１１の一回転（回転角度が０度から３６０度）における振れ回り量Ｇのデータである。つまり、図６に示すデータが、ハブ軸１１の一回転内における回転角度と当該回転角度におけるハブ軸１１の振れ回り量との関係を示す補正用データとなる。
【００５３】
補正用データは、図６に示すようにグラフであってもよいが、回転角度（機械角α）と、その回転角度αにおける振れ回り量Ｇとを対応付けたテーブル形式とされるのが好ましい。この補正用データが、記憶装置１９に記憶される。なお、この記憶装置１９は、補正用データを生成する対象となった回転装置１０用の記憶装置である。つまり、回転装置１０毎に補正用データが生成される。
【００５４】
次に、補正処理について説明する。
図７は、振れ回りする回転装置１０に荷重を増加（単調増加）させならが、一回転させ、センサ７から得られた波形信号に基づいて、前記のようにしてハブ軸１１の変位量ΔＺを（前記式（１）により）算出した結果を示すグラフである。つまり、図７は、補正前のハブ軸１１の変位量ΔＺを示すグラフである。
【００５５】
補正処理として、処理装置１８が備える補正部４４は、図７に示す補正前の変位量ΔＺから、回転角度（機械角α）毎に、前記補正用データ（図６参照）の振れ回り量を減算する。この減算した結果が、図８となり、補正後の変位量ΔＺ′が得られる。図８に示す変位量ΔＺ′は、回転変動成分が除去されている。
【００５６】
そこで、この補正後の変位量ΔＺ′に基づいて、前記式（２）により、軸受装置１０に作用した荷重が算出される。以上のようにして、補正部４４は、変位量ΔＺを補正するための処理（補正処理）を行う。
【００５７】
〔各変数等について〕
ここで、前記の各処理で用いられた変数等についてまとめて説明する。
ΔＺ：回転体であるハブ軸１１の変位であり、単位は、ミリメートルである。
θＡ：センサ７Ａの対向位置におけるセンサロータ１７の角度であり、単位は、電気角〔ｒａｄ〕である。
θＢ：センサ７Ｂの対向位置におけるセンサロータ１７の角度であり、単位は、電気角〔ｒａｄ〕である。
θＡＢ：センサ７Ａの対向位置とセンサ７Ｂの対向位置との角度差（角度位相差）であり、単位は、電気角〔ｒａｄ〕である。
なお、前記電気角とは、周期性を有する波形の一周期を３６０度（２πラジアン）と定義した仮想の角度である。
Ｆｚ：回転体であるハブ軸１１に作用する荷重であり、単位はニュートン［Ｎ］である。
Ｋｚ：定数であり、Ｚ軸に沿った方向の軸受剛性である。単位は、ニュートン／ミリメートル［Ｎ／ｍｍ］である。
【００５８】
〔本実施形態の回転装置１０について〕
以上のように、本実施形態の回転装置１０は、外輪１２と、外輪１２の中心線Ｃ回りに回転するハブ軸１１と、センサ装置６と、処理装置１８とを備える。センサ装置６は、ハブ軸１１と一体回転するセンサロータ１７、及び、外輪１２側に設けられていてセンサロータ１７を検出対象とするセンサ７Ａ及びセンサ７Ｂを有する。処理装置１８は、センサ装置６から出力される信号を処理する。
【００５９】
センサ装置６は、ハブ軸１１がセンサロータ１７と共に一回転する間に周期的な波形信号を複数周期について出力する。更に、このセンサ装置６では、外輪１２に対してハブ軸１１が一方向に変位すると、センサ７Ａは位相が遅れた波形信号を出力し、センサ７Ｂは（反対に）位相が進んだ波形信号を出力する。
【００６０】
処理装置１８は、ハブ軸１１と一体であるセンサロータ１７の変位量ΔＺを求める処理（第一処理）、センサロータ１７の変位量ΔＺを補正するための処理（補正処理）、及び、回転装置１０に作用する荷重を補正後の前記変位量ΔＺ′から求める処理（第二処理）とを実行する。前記第一処理では、センサ装置６からの波形信号に基づいて、センサ７Ａの検出対象位置及びセンサ７Ｂの検出対象位置それぞれにおけるセンサロータ１７の回転角度（図４参照）を求めると共に、これら回転角度の差（θＡＢ）に基づいてセンサロータ１７の変位量ΔＺを求める（前記式（１））。
【００６１】
この回転装置１０によれば、センサ装置６から出力される波形信号に基づいて、センサロータ１７の回転角度（θＡ、θＢ、θＡＢ）、及びセンサロータ１７の変位量ΔＺが求められる。つまり、センサ装置６は、センサロータ１７の変位量ΔＺを求めるためのセンサ（変位センサ）としての機能と、センサロータ１７の回転角度（θＡ、θＢ、θＡＢ）を求めるための回転センサとしての機能との双方を有することができる。なお、センサロータ１７はハブ軸１１と一体であることから、センサロータ１７の回転角度はハブ軸１１の回転角度と同じであり、センサロータ１７の変位量はハブ軸１１の変位量と同じである。
【００６２】
従来では、変位量を求めるための変位センサの他に、補正用として、回転センサ（ＡＢＳセンサ）が別途必要である。これに対して、本実施形態の回転装置１０によれば、別の回転センサが不要である。よって、回転装置１０のコンパクト化及び軽量化に貢献できる。また、従来のＡＢＳセンサは、パルス信号を利用した角速度センサであり、車両状態によっては誤差が大きくなる（分解能が低い）。特に低速走行時、加速時、減速時での精度が低くなる場合があり、充分な補正効果が得られない可能性がある。これに対して、本実施形態のセンサ装置６は、周期的に変化する角度（連続的なデータ）を利用した角度センサとして用いられる。よって、分解能が高く、センシング精度が高くなり、補正の効果も向上する。
【００６３】
以上より、本実施形態の回転装置１０によれば、センサ装置６からの波形信号に基づいて、ハブ軸１１の変位量の補正が可能であり、補正後の変位量からハブ軸１１に作用する荷重を正確に求めることが可能となる。
【００６４】
そして、本実施形態の回転装置１０は、記憶装置１９を更に備えていて、記憶装置１９には、ハブ軸１１の一回転内におけるハブ軸１１の振れ回り量を示す補正用データ（図６参照）が記憶されている。そして、処理装置１８の補正部４４は、第一演算部４１が求めた変位量ΔＺから、前記補正用データの振れ回り量を減算し、補正後の変位量ΔＺ′を求める。このため、例えば、センサロータ１７と一体回転するハブ軸１１の一回転毎に、ハブ軸１１の変位量を求めて、回転装置１０に作用する荷重を求める場合に、その変位量を補正するための処理が早くなる。
【００６５】
〔別の補正の手段について〕
前記実施形態では、予め記憶装置１９に記憶させた補正用データを用いて、センサ装置６からの波形信号に基づいて、センサロータ１７（ハブ軸１１）の変位量が求められ、この変位量が補正されている。しかし、補正部４４が実行する補正処理は別の手段であってもよい。別の手段について説明する。
【００６６】
センサロータ１７の回転周波数は、ハブ軸１１の振れ回りの周波数と対応する。そこで、補正のための別の手段として、下記の手段がある。すなわち、前記のとおり、センサ装置６は角度センサとして機能する。そこで、処理装置１８は、センサ装置６から出力された波形信号に基づいて、センサロータ１７の回転周波数を求める。また、センサ装置６から出力された前記波形信号を、処理装置１８は、ＦＦＴ演算することで、周波数領域に変換する。周波数領域に変換したデータから、センサロータ１７の回転周波数の周波数成分を除去し、周波数データを得る。次に、この周波数データを、逆ＦＦＴ演算することで、時間領域のデータに戻す。そして、この時間領域のデータに基づいて、第二演算部４５は、センサロータ１７の変位量を求める。
【００６７】
以上のように、補正部４４は、センサ装置６から出力された前記波形信号を周波数領域に変換したデータから、前記回転周波数の周波数成分を除去する。補正部４４は、更に、これを時間領域のデータに逆変換する。そして、第二演算部４５は、逆変換したデータに基づいて、センサロータ１７の変位量を求める。この手段によれば、図６に示すような補正用データを予め記憶装置１９に記憶させなくてもよい。
【００６８】
〔その他について〕
前記実施形態は、Ｚ軸に沿って荷重が作用した場合であるが、Ｘ軸に沿って荷重が作用した場合、第三のセンサ７Ｃ及び第四のセンサ７Ｄの出力信号を用いて、前記と同様の処理を実行する。これにより、Ｘ軸に沿った方向のハブ軸１１の変位、及び回転装置１０に作用した荷重を検出することができる。
【００６９】
前記実施形態では、回転装置１０が自動車用のハブユニットである場合について説明したが、回転装置１０は他の機器であってもよい。
センサロータ１７が、回転体であるハブ軸１１と別体である場合について説明したが、回転体の一部がセンサロータとして機能するように構成されていてもよい。
【００７０】
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００７１】
６：センサ装置      ７：センサ              ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ：センサ
１０：回転装置      １１：ハブ軸（回転体）  １２：外輪（固定体）
１７：センサロータ  １８：処理装置          １９：記憶装置
Ｃ：中心線
【図１】
2020085840.tif 000003
【図２】
2020085840.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020085840.tif 000006
【図５】
2020085840.tif 000007
【図６】
2020085840.tif 000008
【図７】
2020085840.tif 000009
【図８】
2020085840.tif 000010
【図９】
2020085840.tif 000011