(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心のリング状に設けられ互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダと、これら各磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサとを有し、前記各磁気センサは磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものである回転検出装置を備えた車輪用軸受であって、
前記回転検出装置は、前記各磁気センサの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段と、この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を算出する角度算出手段とを有し、前記角度算出手段で算出された絶対角度を、いずれか１つの磁気センサの検出信号に基づいて、互いに９０°位相の異なるＡ相およびＢ相の２つのパルス信号と、原点位置を示すＺ相のパルス信号とからなるＡＢＺ相信号として出力する角度情報出力回路を有し、前記角度算出手段は、算出した絶対角度を、前記いずれか１つの磁気エンコーダ側の磁気センサの出力で補正する補正手段を有し、前記角度情報出力回路は、前記絶対角度補正に用いるものとして選択した磁気センサの検出信号に基づいてＡＢＺ相信号を出力することで、前記補正手段で補正された絶対角度と前記ＡＢＺ相信号とを同期させることを特徴とする回転検出装置付き車輪用軸受。
【請求項２】
請求項１において、前記磁気センサが、互いに磁極ピッチ内でずれた位置に配置された複数のセンサ素子を有し、sin およびcos の２相の信号出力を得られるものであって、磁極内における位置を逓倍して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３】
請求項１において、前記磁気センサが、磁気エンコーダの磁極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、sin,cos の２相の信号出力を演算によって生成して、磁極内における位置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４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記絶対角度補正に用いるものとして選択した磁気センサが、前記磁極数が異なる複数の磁気エンコーダのうちの磁極数の多い磁気エンコーダに対応する磁気センサである回転検出装置付き車輪用軸受。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記角度算出手段の算出した絶対角度を出力する角度情報出力回路を有し、上記磁気センサ並びに、位相検出手段、角度算出手段、および角度情報出力回路が互いに一体化されたセンサモジュールを設けた回転検出装置付き車輪用軸受。
【請求項６】
請求項５において、前記センサモジュールが半導体チップに集積されたものである回転検出装置付き車輪用軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車輪の回転検出、回転角度検出に用いられる回転検出装置を備えた回転検出装置付き車輪用軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、鉄道車両等の回転体の回転状態を正確に検出するために、高分解能、高精度な回転信号を得たいという要求がある。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は、アンチロックブレーキシステム制御つまりＡＢＳ制御に用いられているＡＢＳセンサがある。このＡＢＳセンサは、現状それ程高い分解能ではない。このようなセンサにより、高分解能な回転検出が可能になると、将来の自動運転、運転アシスト、安全制御等、より高度な車両制御に利用できるためである。
【０００３】
従来、回転検出装置として、主トラックおよび回転ピップトラックを有する第１のエンコーダと、モータのロータ位相検出用とされる第２のエンコーダとを備え、これらエンコーダに対向配置されたセンサの検出信号に基づき、モータ制御に必要な信号列を発生させるようにしたものが提案されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
また、巻き線ステータとロータを用いた回転検出装置において、ロータに極数の異なる複数のトラック群を形成することでアブソリュートエンコーダを構成し、トラック群から検出される信号の位相差により絶対角度を検出するようにしたものも提案されている（例えば特許文献２）。
【０００５】
他の回転検出装置として、回転子の外周の周方向に配置した複数の磁石と、固定子の内周に周方向位置が異なるように設けた複数の磁気センサとを組合せ、それぞれの磁気センサの出力信号を演算することにより絶対角度を検出するようにしたものも提案されている（例えば特許文献３）。
【０００６】
さらに、他の回転径装置として、磁気パルスを発生する例えば周方向に磁極対を並べた磁気エンコーダなどのリング状の磁気パルス発生手段と、この磁気パルス発生手段に対してその周方向にほぼ整列させられ前記磁気パルスを検出する複数の検出素子とを備え、検出素子の出力信号を演算することにより絶対角度を検出するようにしたものも提案されている（例えば特許文献４）。
【特許文献１】特開２００４−２７１５０３号公報
【特許文献２】特開２００６−３２２９２７号公報
【特許文献３】特表２００６−５２５５１８号公報
【特許文献４】特表２００２−５４１４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記した回転検出装置等には以下に挙げるような課題がある。
・  現在、モータ等の回転位置検出にはレゾルバが広く用いられているが、製造コストが高いという課題がある。
・  上記した各回転検出装置において、磁気式のエンコーダを用いるものでは、絶対角度を検出し、かつ高い分解能の回転パルスを得ることは難しい。
・  特許文献１に開示の回転検出装置の場合、構造が複雑で、回転しない状態で絶対角度を検出できないという課題がある。
・  特許文献２に開示の回転検出装置は、レゾルバを用いるものと同じ方式で、ロータとの位置ずれの影響を低減している例であるが、複雑なコイルを必要とするという課題がある。
・  磁石の回転を磁気センサで検出する特許文献３に開示の回転検出装置の場合、回転角度検出は可能であるが、高い精度で回転角度を求めるためには、磁界強度を高精度で検出し、検出ギャップを正確に管理しなければならない。また、この方式で回転パルス信号を出力するためには、検出角度からパルス信号を生成する処理回路が必要となる。
【０００８】
この発明の目的は、正確な車輪の回転位置検出が可能であるうえ、回転検出装置の組立、加工を簡単化し製造コストの低減を図ることができる回転検出装置付き車輪用軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の回転検出装置付き車輪用軸受は、同心のリング状に設けられ互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダと、これら各磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサとを有し、前記各磁気センサは磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものである回転検出装置を備えた車輪用軸受であって、前記回転検出装置は、前記各磁気センサの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段と、この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を算出する角度算出手段とを有することを特徴とする。
例えば磁極対が１２の磁気エンコーダと１３の磁気エンコーダを用いて回転させると、これら磁界を検出する２つの磁気センサの信号の間には、１回転に１磁極対分の位相ずれが発生するので、この位相差を位相差検出手段で検出し、その位相差に基づいて角度算出手段により１回転の区間での絶対角度を算出することができる。また、各磁気センサは、各磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものとしているので、精度良く絶対角度を検出でき、車輪の正確な回転位置検出が可能となる。また、構成も簡単なものとなる。
この車輪用軸受を自動車に適用した場合、左右輪の微小な回転差や、回転速度変動を高感度に検出することができるため、この信号を利用して高度な車両制御を行い、車両の安全性、操作性を向上させることが可能となる。例えば、左右の車輪回転速度の測定精度が高まり、カーブ等に生じるタイヤの横滑り量の予測も早まり、横滑り防止装置、車両姿勢安定装置の高精度化につながる。また、坂道発進での微小な前進や後戻りなども車輪の回転方向と共に検出することができ、条件に応じた最適なブレーキ制御などを行なって、より車両の運転しやすさを向上させることが可能となる。したがって、検出精度向上のために，磁気センサを磁気エンコーダに近接配置するなどの必要がなく、回転検出装置の組立、加工が簡単化し製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００１０】
この発明において、前記角度算出手段は、算出した絶対角度を、前記いずれか１つの磁気エンコーダ側の磁気センサの出力で補正する補正手段を有するものとしても良い。
このように、角度算出手段が、位相差検出手段で検出した位相差に基づいて絶対角度を算出し、さらにその絶対角度を、いずれか１つの磁気エンコーダ側の磁気センサの出力を用いて補正手段により補正すると、磁気エンコーダ間での磁気干渉やノイズに影響されずに、さらに精度良く絶対角度を検出できる。
【００１１】
この発明において、前記磁気センサが、互いに磁極ピッチ内でずれた位置に配置された複数のセンサ素子を有し、sin およびcos の２相の信号出力を得られるものであって、磁極内における位置を逓倍して検出するものであっても良い。
磁気センサをこのような構成とすると、磁気エンコーダの磁界分布をオン・オフ信号としてではなく、アナログ電圧による正弦波状の信号としてより細かく検出でき、精度の良い絶対角度検出が可能となる。
【００１２】
この発明において、前記磁気センサが、磁気エンコーダの磁極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、sin,cos の２相の信号出力を演算によって生成して、磁極内における位置を検出するものであっても良い。
磁気センサをこのようにラインセンサで構成した場合、磁界パターンの歪みやノイズの影響が低減されて、より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。      
【００１３】
前記角度算出手段で算出された絶対角度を、いずれか１つの磁気センサの検出信号に基づいて、互いに９０°位相の異なるＡ相およびＢ相の２つのパルス信号と、原点位置を示すＺ相のパルス信号とからなるＡＢＺ相信号として出力する角度情報出力回路を有するものとする。
この構成の場合、絶対角度を出力するインタフェースを別途備える必要がなく、回転検出装置の回路構成、および回転検出装置が搭載される車輪用軸受や車両側の回路構成を簡略化することができる。また、絶対角度情報と同期したＡＢＺ相信号を出力することができる。
【００１４】
前記角度算出手段は、算出した絶対角度を、前記いずれか１つの磁気エンコーダ側の磁気センサの出力で補正する補正手段を有し、前記角度情報出力回路は、前記絶対角度補正に用いるものとして選択した磁気センサの検出信号に基づいてＡＢＺ相信号を出力することで、前記補正手段で補正された絶対角度と前記ＡＢＺ相信号とを同期させる。この場合に、絶対角度補正に用いるものとして選択した磁気センサは、前記磁極数が異なる複数の磁気エンコーダのうちの磁極数の多い磁気エンコーダに対応する磁気センサであっても良い。
この構成の場合、より高分解能のＡＢＺ相信号を得ることができる。
【００１５】
この発明において、前記角度算出手段の算出した絶対角度を出力する角度情報出力回路を有し、上記磁気センサ並びに、位相検出手段、角度算出手段、および角度情報出力回路が互いに一体化されたセンサモジュールを設けても良い。この構成の場合、部品点数の低減、磁気センサの互いの位置精度の向上、製造コストの低減、組立コストの低減、信号ノイズ低減による検出精度向上などの利点が得られ、小型で低コストの回転検出装置とすることができる。したがって、回転検出装置付き車輪用軸受の製造コストの低減を図ることができる。
【００１６】
この発明において、前記センサモジュールが半導体チップに集積されたものであっても良い。半導体チップに集積すると、回転検出装置がより一層小型化され、かつ信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の回転検出装置付き車輪用軸受は、同心のリング状に設けられ互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダと、これら各磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサとを有し、前記各磁気センサは磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものである回転検出装置を備えた車輪用軸受であって、前記回転検出装置は、前記各磁気センサの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段と、この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を算出する角度算出手段とを有し、前記角度算出手段で算出された絶対角度を、いずれか１つの磁気センサの検出信号に基づいて、互いに９０°位相の異なるＡ相およびＢ相の２つのパルス信号と、原点位置を示すＺ相のパルス信号とからなるＡＢＺ相信号として出力する角度情報出力回路を有し、前記角度算出手段は、算出した絶対角度を、前記いずれか１つの磁気エンコーダ側の磁気センサの出力で補正する補正手段を有し、前記角度情報出力回路は、前記絶対角度補正に用いるものとして選択した磁気センサの検出信号に基づいてＡＢＺ相信号を出力することで、前記補正手段で補正された絶対角度と前記ＡＢＺ相信号とを同期させるものとしたため、正確な車輪の回転位置検出が可能であるうえ、回転検出装置の組立、加工を簡単化し製造コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明の一実施形態を図１ないし図１１と共に説明する。この実施形態に係る車輪用軸受は、自動車等の車両に取付けられるものである。この明細書において、車両に取付けた状態で車両幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両幅方向の中央側となる側のインボード側と呼ぶ。
【００１９】
この車輪用軸受は、外方部材５１と内方部材５２の間に複列の転動体５３を介在させ、車体に対して車輪を回転自在に支持するものであって、後述する回転検出装置１を装備したものである。前記回転検出装置１の外形は、各例毎に、取付形態に応じた形状とされている。
【００２０】
外方部材５１は固定側の部材であり、内方部材５２は回転側の部材である。各列の転動体５３は、各列毎に保持器５４に保持されており、外方部材５１の内周に形成された複列の転走面５５と、内方部材５２の外周に形成された複列の転走面５６との間に介在する。これら車輪用軸受は、複列のアンギュラ玉軸受型とされ、両列の転走面５５，５５，５６，５６は、互いに接触角が背面合わせとなるように形成されている。
【００２１】
図１の例は、いわゆる第３世代型であって、駆動輪支持用に適用した例である。内方部材５２は、ハブ輪５７と、このハブ輪５７の軸部５７ａのインボード側部の外周に嵌合させた内輪５８との２つの部材からなり、ハブ輪５７の軸部５７ａおよび内輪５８の外周に上記各列の転走面５６がそれぞれ形成されている。ハブ輪５７の軸部５７ａは、内部に等速ジョイント（図２２、図２３参照）のステム部を挿通させる中心孔５７ｃを有している。内輪５８は、ハブ輪５７の軸部５７ａに形成された段差部内に嵌合し、軸部５７ａのインボード側端に設けられた加締部５７ａａによりハブ輪５７に対して固定されている。ハブ輪５７は、アウトボード側の端部近傍の外周に車輪取付フランジ５７ｂを有し、車輪取付フランジ５７ｂにホイールおよびブレーキロータ（いずれも図示せず）が重ね状態で、ハブボルト５９によって取付けられる。ハブボルト５９は、車輪取付フランジ５７ｂに設けられたボルト取付孔に圧入されている。外方部材５１は、全体が一体の部材からなり、外周に車体取付フランジ５１ｂを有している。外方部材５１は、車体取付フランジ５１ｂのボルト孔６０に挿通されたナックルボルトにより、懸架装置のナックル（図示せず）に取付けられる。
外方部材５１と内方部材５２間の軸受空間の両端は、接触シール等からなる密封装置６１，６２によって密封されている。
【００２２】
図３は、回転検出装置１の概略構成を示す。この回転検出装置１は、複数（ここでは２つ）の磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂと、これら各磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁界をそれぞれ検出する複数（ここでは２つ）の磁気センサ３Ａ，３Ｂとを備える。磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂは、複数の磁極対（磁極Ｓと磁極Ｎの１組）を周方向に等ピッチで着磁させたリング状の磁性部材であり、図１の車輪用軸受における転動体５３，５３間で内方部材５２の外周面に、その軸心に対して同心となるように嵌合状態に設置されている。磁気センサ３Ａ，３Ｂは、図１ないし図３に示す例では前記各磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂに対して微小のギャップを介してそれぞれ径方向（ラジアル方向）に対向するように、図１の車輪用軸受における外方部材５１側に設けられる。ここでは、磁気センサ３Ａが磁気エンコーダ２Ａに対向し、磁気センサ３Ｂが磁気エンコーダ２Ｂに対向する。
【００２３】
磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂは、ラジアルタイプである図３の例では、その外周面に磁極対が着磁されている。この例では、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂは、例えば、芯金２０の外周に、ゴム磁石、プラスチック磁石等の多極磁石２１を設けたもの、あるいは焼結磁石等からなる。これら２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極対の数は互いに異ならせてある。また、図３の例では、２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂを軸方向に隣接させて配置しているが、これら磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂが同一の回転をするならば、それぞれを別の場所に配置しても良い。
【００２４】
磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの他の例として、図４に示すように、リング状の磁性部材の軸方向端面に複数の磁極対を周方向に等ピッチで並ぶように着磁させたアキシアルタイプのものを用いても良い。この例では、２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂを、内外周に隣接するように配置している。アキシアルタイプの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの場合、その着磁面に対向する軸方向に向けて各磁気センサ３Ａ，３Ｂが配置される。
【００２５】
回転検出装置１のセンサ側ユニット１Ａは、図１のように、外方部材５１に、両転動体列５３，５３間で径方向に貫通させたセンサ取付孔６３に挿通して取付けられ、ユニット１Ａの先端に配置される磁気センサ３Ａ，３Ｂが、上記磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂにラジアル方向にギャップを介して対向させられる。センサ取付孔６３は、例えば断面形状の円形の貫通孔である。センサ取付孔６３の内面とセンサ側ユニット１Ａとの間は、Ｏリング等の接触シールや、接着剤等で密封する。
【００２６】
回転検出装置１のセンサ側ユニット１Ａは、センサ取付孔６３にほぼ嵌合する内径の軸状の挿入部１Ａａと、非挿入部である頭部１Ａｂとを有し、頭部１Ａｂは外方部材５１の外周面に接して配置される。頭部１Ａｂからケーブル１９が引き出されている。上記挿入部１Ａａおよび頭部１Ａｂは、例えば弾性部材等で構成される。
【００２７】
磁気センサ３Ａ，３Ｂは、対応する磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極対の数よりも高い分解能で磁極検出できる機能、つまり磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極の範囲内における位置の情報を検出する機能を有するものとされる。この機能を満たすために、例えば磁気センサ３Ａとして、対応する磁気エンコーダ２Ａの１磁極対のピッチλを１周期とするとき、図５のように構成しても良い。すなわち、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３Ａ１，３Ａ２を用い、これら２つの磁気センサ素子３Ａ１，３Ａ２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／cosφ))を逓倍して算出するものとしても良い。他の磁気センサ３Ｂについても同様である。なお、図５の波形図は、磁気エンコーダ２Ａの磁極の配列を磁界強度に換算して示したものである。
【００２８】
磁気センサ３Ａ，３Ｂをこのような構成とすると、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁界分布をオン・オフ信号としてではなく、アナログ電圧による正弦波状の信号としてより細かく検出でき、精度の良い絶対角度検出が可能となる。
【００２９】
磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極内における位置の情報を検出する機能を有する磁気センサ３Ａ，３Ｂの他の例として、図６（Ｂ）に示すようなラインセンサを用いても良い。すなわち、例えば磁気センサ３Ａとして、対応する磁気エンコーダ２Ａの磁極の並び方向に沿って磁気センサ素子３ａが並ぶラインセンサ３ＡＡ，３ＡＢを用いる。なお、図６（Ａ）は、磁気エンコーダ２Ａにおける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、磁気センサ３Ａの第１のラインセンサ３ＡＡは、図６（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３ＡＢ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３ＡＡ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３ＡＢの検出信号を加算回路３２で加算した信号Ｓ２を別の加算回路３３で加算することで、図６（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をさらに別の加算回路３４で加算することで、図６（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。
【００３０】
磁気センサ３Ａ，３Ｂをこのようにラインセンサで構成した場合、磁界パターンの歪みやノイズの影響が低減されて、より高い精度で磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの位相を検出することが可能である。
【００３１】
例えば、図３の構成例において、磁気センサ３Ａ，３Ｂは位相差検出手段６に接続される。位相差検出手段６は、各磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出した磁界信号の位相差を求める手段であり、その後段に角度算出手段７が接続される。角度算出手段７は、位相差検出手段６の検出した位相差に基づいて磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの絶対角度を算出する手段である。また、この角度算出手段７は、算出した絶対角度を、いずれか１つの磁気エンコーダ（例えば２Ａ）側の磁気センサ３Ａの出力で補正する補正手段１２を有する。
【００３２】
この回転検出装置１による絶対角度検出の概略動作を、図７および図８を参照して以下に説明する。図３において、２つの磁気エンコーダ２Ｂ，２Ａの磁極対の数をＰとＰ＋ｎとすると、両磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの間では１回転あたり磁極対にしてｎ個分の位相差があるので、これら磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂに対応する磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出信号の位相は、３６０／ｎ度回転するごとに一致する。
【００３３】
図７（Ａ），（Ｂ）には両磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極のパターン例を示し、図７（Ｃ），（Ｄ）にはこれら磁気エンコーダに対応する磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出信号の波形を示す。この場合、磁気エンコーダ２Ａの３磁極対に対して、磁気エンコーダ２Ｂの２磁極対が対応しており、この区間内での絶対位置を検出することができる。図７（Ｅ）は、図７（Ｃ），（Ｄ）の検出信号に基づき、図３の位相差検出手段６より求められる位相差の出力信号の波形図を示す。
なお、図８は、各磁気センサ３Ａ，３Ｂによる検出位相と位相差の波形図を示す。すなわち、図８（Ａ），（Ｂ）には両磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極のパターン例を示し、図８（Ｃ），（Ｄ）には対応する磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出位相の波形図を示し、図８（Ｅ）には位相差検出手段６より出力される位相差信号の波形図を示す。
【００３４】
位相差検出手段６の検出した位相差信号（図８（Ｅ））は、互いの磁気エンコーダ３Ａ，３Ｂの磁気干渉やノイズの影響を受けているため、実際には図９（Ａ）に示すｄｅｌｔａのように歪みを持った波形となる。すなわち、例えば、磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出信号にそれぞれε1 ，ε2 の検出誤差が加わると、前記位相差信号ｄｅｌｔａにはε1 ＋ε2 程度の検出誤差が加わっている状態となる。
【００３５】
そこで、角度算出手段７では、以下の処理を行うことにより、検出精度の高い絶対角度を算出する。なお図９では、２つの磁気エンコーダ２Ｂ，２Ａの磁極対の数が２と３で、両磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの間では１回転あたり磁極対にして１個分の位相差があり、これら磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂに対応する磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出信号の位相は、３６０度回転するごとに一致する例を示している。
角度算出手段７は、第１の処理として、１つの磁気エンコーダ（ここでは磁極対の多い磁気エンコーダ２Ａ）の概略位相を、位相差検出手段６の検出した図９（Ａ）の位相差信号ｄｅｌｔａの波形と、図９（Ｂ）に示す前記磁気エンコーダ２Ａの各磁極対の検出位置ａ，ｂ，ｃとから、図９（Ａ）にＭＡで示す波形のように推定する。
第２の処理では、角度算出手段７の補正手段１２により、次のように図９（Ａ）の位相差信号ｄｅｌｔａを補正する。推定した概略位相ＭＡに、磁気エンコーダ２Ａの位相信号θ1 ／３を加えて、図９（Ｃ）に示すように補正した位相差信号
ｃｏｒｒｅｃｔＡ＝ＭＡ＋（θ1 ／３）
を得る。
第３の処理では、このようにして補正した位相差信号ｃｏｒｒｅｃｔＡに基づき、絶対角度を算出する。
【００３６】
この場合、上記したように補正した位相差信号ｃｏｒｒｅｃｔＡにも検出誤差が含まれているが、磁気エンコーダ２Ａの磁極数３で割り算するため、検出誤差はε1 ／３となる。この検出誤差は、補正前の位相差信号ｄｅｌｔａの検出誤差ε1 ＋ε2 に比べると、明らかに小さいことが分かる。したがって、各磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出精度と同じ精度で絶対角度を検出することができる。
【００３７】
図１０は、この回転検出装置１における絶対角度検出回路の構成例を示す。図７（Ｃ），（Ｄ）に示したような各磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出信号に基づき、それぞれ対応する位相検出回路１３Ａ，１３Ｂは、図８（Ｃ），（Ｄ）に示したような検出位相信号を出力する。位相差検出手段６は、これらの検出位相信号に基づき、図８（Ｅ）に示したような位相差信号を出力する。その次段に設けられた角度算出手段７は、位相差検出手段６で求められた位相差を、図９に示した処理で補正した後に、予め設定された計算パラメータにしたがって絶対角度へ換算する処理を行う。
【００３８】
角度算出手段７で用いられる計算パラメータは不揮発メモリなどのメモリ８に記憶されている。このメモリ８には、前記計算パラメータのほか、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極対の数の設定、絶対角度基準位置、信号出力の方法など、装置の動作に必要な情報が記憶されている。ここでは、メモリ８の次段に通信インタフェース９を設けることで、通信インタフェース９を通じてメモリ８の内容を更新できる構成とされている。これにより、個別の設定情報を使用状況に応じて可変設定でき、使い勝手が良くなる。
【００３９】
角度算出手段７で算出された絶対角度情報は、パラレル信号、シリアルデータ、アナログ電圧、ＰＷＭなどの変調信号として、角度情報出力回路１０から、あるいは前記通信インタフェース９を介して出力される。また、角度算出手段７からは回転パルス信号も出力される。回転パルス信号としては、２つの磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出信号のうち、いずれか１つの信号を出力すれば良い。上記したように、各磁気センサ３Ａ，３Ｂはそれぞれ逓倍機能を備えているので、高い分解能で回転信号を出力することができる。
【００４０】
図１０の角度情報出力回路１０では、前記角度算出手段７で算出された絶対角度を、互いに９０度位相の異なるＡ相およびＢ相の２つのパルス信号と、原点位置を示すＺ相のパルス信号とでなるＡＢＺ相信号として出力するようにしても良い。
【００４１】
図９（Ａ）に示す補正前の位相差信号ｄｅｌｔａから絶対角度を算出する場合、得られた絶対角度信号は、各磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂから得られるＡＢＺ相信号と同期したものとならない。そこで、この実施形態では、位相差信号ｄｅｌｔａの補正に利用した磁気エンコーダ２Ａ側の磁気センサ３Ａの検出信号から、ＡＢＺ相信号を出力する。これにより、補正された位相差信号ｃｏｒｒｅｃｔＡとＡＢＺ相信号とは同期することになる。
また、この実施形態では、磁極数の多い磁気エンコーダ２Ａ側の磁気センサ３Ａのセンサ出力で位相差信号ｄｅｌｔａを補正しているので、ＡＢＺ相信号がより高分解能で得られる。
【００４２】
ＡＢＺ相信号を出力する場合、図９に示すように、受信側回路１４から角度情報出力回路１０に対して絶対角度出力の要求信号が入力されると、これに呼応して角度情報出力回路１０における絶対角度実行手段１５が動作可能となり、角度情報出力回路１０におけるモード実行信号生成手段１６から絶対角度出力モード中であることを示すモード実行信号（ＡＢＳ＿mode＝１）が生成され、角度情報出力回路１０における回転パルス信号生成手段１７からＡ，Ｂ，Ｚ相信号が出力されるように、角度情報出力回路１０を構成しても良い。
受信側回路１４では、Ｚ相信号を受信することで絶対角度値を示すポジションカウンタ１８が０にリセットされ、Ｚ相信号に続いて出力されるＡ相信号およびＢ相信号を、前記ポジションカウンタ１８が計数する。Ａ相信号およびＢ相信号のパルス出力が、一旦現在の絶対角度値に達すると、そこで絶対角度出力モード動作が終了する（ＡＢＳ＿mode＝０）。その後は、回転部材である内方部材５２（図１）の回転に伴い検出される絶対角度の変化に応じた回転パルス信号（ＡＢＺ相信号）を角度情報出力回路１０から出力する。これにより、パルスを計数することで絶対角度を知る受信側回路１４では、絶対角度出力モード動作が終了（ＡＢＳ＿mode＝０）となった後は実際の絶対角度情報を常に取得している状態となる。
【００４３】
このように、角度情報出力回路１０からＡＢＺ相信号のような回転パルス信号を出力し、絶対角度出力モードによって絶対角度情報を出力する構成とすると、絶対角度を出力するインタフェースを別途備える必要がなく、この回転検出装置１の回路構成、および回転検出装置１が搭載される車輪用軸受側（あるいは車体側）の回路構成を簡略化できる。
【００４４】
また、この回転検出装置１において、前記磁気センサ３Ａ，３Ｂと、図１１に示した角度情報出力回路１０を含む信号処理回路とを、例えば図４の例で示すように、センサモジュール１１として一体化しても良いし、このセンサモジュール１１を１つの半導体チップに集積しても良い。このように構成した場合、部品点数の低減、磁気センサ３Ａ，３Ｂの互いの位置精度の向上、製造コストの低減、組立コストの低減、信号ノイズ低減による検出精度向上などのメリットが得られ、小型で低コストの回転検出装置１とすることができる。
なお、この場合、２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂに対して１つのセンサモジュール１１を対向させることになるので、２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂは互いに近接して配置させることになる。
【００４５】
このように、この回転検出装置付き車輪用軸受における回転検出装置１は、同心のリング状に設けられ互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂと、これら各磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサ３Ａ，３Ｂとを備え、これら各磁気センサ３Ａ，３Ｂは磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものとしている。各磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出した磁界信号の位相差を位相差検出手段６で求め、この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの絶対角度を角度算出手段７で算出するようにしている。このため、精度良く絶対角度を検出することができる。これにより、正確な車輪の回転位置検出が可能である。
【００４６】
この車輪用軸受を自動車に適用した場合、左右輪の微小な回転差や、回転速度変動を高感度に検出することができるため、この信号を利用して高度な車両制御を行い、車両の安全性、操作性を向上させることが可能となる。例えば、左右の車輪回転速度の測定精度が高まり、カーブ等に生じるタイヤの横滑り量の予測も早まり、横滑り防止装置、車両姿勢安定装置の高精度化につながる。したがって、検出精度向上のために、磁気センサ３Ａ，３Ｂを磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂに近接配置するなどの必要がなく、回転検出装置１の組立、加工が簡単化し製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００４７】
とくに、この実施形態では、角度算出手段７により算出した絶対角度を、角度算出手段７の補正手段１２により、いずれか１つの磁気エンコーダ側の磁気センサ（ここでは磁気センサ３Ａ）の出力で補正するようにしているので、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂ間での磁気干渉やノイズに影響されずにさらに精度良く絶対角度を検出することができる。
【００４８】
この実施形態では、２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂを用いたものを例示したが、磁気エンコーダは２つでなくてもよく、磁極対の数の異なる３つ以上の磁気エンコーダを組み合わせて、より広い範囲の絶対角度を検出する構成としても良い。
【００４９】
この回転検出装置付き車輪用軸受では、上記回転検出装置１を車輪用軸受に搭載しているので、上記した効果のほか、以下に挙げるような具体的な諸効果が得られる。
・  回転検出装置１に適用する磁気センサ３Ａ，３Ｂは、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極内における位置の情報を検出する機能を有しているため、着磁された磁極対数よりも高い分解能で車輪の回転を検出でき、従来の数倍から数十倍の回転分解能を得ることができる。
・  また、回転検出装置１の磁気センサ３Ａ，３Ｂからは逓倍前の２相の信号が得られ、この信号により回転方向を判別できるため、車輪の回転方向も検出可能となる。
・  この回転検出装置付き車輪用軸受を自動車に適用した場合、坂道発進において、従来では、例えば、最長２０ｍｍを車両後退するとブレーキが働くのに対し、例えば、１ｍｍでも車両後退するとその旨検出しブレーキを作動させることが可能となる。
・  回転検出装置１は絶対角度を検出できるため、上記したように検出した角度に基づいてＡＢＺ相信号を出力するようにすれば、回転方向だけでなく所定の角度で出力されるインデックス信号も得ることができる。
・  絶対角度を演算する図１０の絶対角度検出回路が半導体チップに集積されていれば、実装スペースが小さくて済み、車輪用軸受へのコンパクトな実装が可能となる。
・  回転検出装置１を振動センサと組み合わせて、例えば自動車の車輪用軸受に搭載すると、車輪や軸受に発生した損傷位置などを、絶対角度情報を用いて特定することが容易にできる。すなわち、走行中に車輪がどの回転位置に達したタイミングで振動が発生しているかを特定することができるため、あらかじめ設けられた設置基準位置と回転検出装置１のＺ相位置の関係を求めておけば、モニタした信号から損傷位置を特定することができる。
【００５０】
図１２および図１３は、図１に示した車輪用軸受において、回転検出装置１として、その磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂと磁気センサ３Ａ，３Ｂの対向方向をアキシアル方向とした図４の例のものを搭載したものである。磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂは、断面Ｌ字状の芯金２０の立板部に多極磁石２１を設けたものである。回転検出装置１のセンサ側ユニット１Ａは、その先端の内部の磁気センサ３Ａ，３Ｂが、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの多極磁石２１に対してアキシアル方向に対面するように構成される。その他の構成，効果は、図１の例と同様である。
【００５１】
図１４および図１５も、図１に示した車輪用軸受において、回転検出装置１として、その磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂと磁気センサ３Ａ，３Ｂの対向方向をアキシアル方向とした図４の例のものを搭載したものである。回転検出装置１のセンサ側ユニット１Ａは、外方部材５１のインボード側端にセンサ取付部材７２を介して取付けている。センサ取付部材７２は、外方部材５１の外周面に嵌合して端面に当接するリング状の金属板であり、周方向の一部に、センサ側ユニット１Ａを取付けるセンサ取付片７２ａを有している。磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂは、断面Ｌ字状の芯金２０の立板部に多極磁石２１を設けたものであり、内輪５８の外周に嵌合させてある。磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂは、インボード側のみ封装置６１の一部を兼ねるものとされる。
この構成の場合、外方部材５１に，図１の例のセンサ取付孔６３が設けられないため、センサ取付孔からの水の浸入の問題がない。その他の構成，効果は、図１の例と同様である。
【００５２】
図１６および図１７は、図１４および図１５に示した例において、インボード側の軸受空間の密封装置６１を、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂよりも外部に配置したものである。すなわち、外方部材５１に取付けられた環状のセンサ取付部材７２と内輪５８との間に、接触シール等からなる密封装置６１を設けている。
この構成の場合、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂが密封装置６１により、外部空間に対して密封され、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂとセンサ側ユニット１Ａとの間に異物を噛み込むこと等が防止される。その他の構成，効果は、図１４、図１５の例と同様である。
【００５３】
図１８および図１９は、図１に示した例において、車輪用軸受を従動輪用としたものであって、ハブ輪５７は中心孔を有しておらず、中実とされている。外方部材５１のインボード側の端部は、内方部材５２よりも軸方向に延びていて、その端面開口をカバー７４で覆ってある。カバー７４は、外周縁に設けられた鍔部７４ａで外方部材５１の内周に嵌合して取付けられる。このカバー７４に、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂに対向するように、センサ側ユニット１Ａが取付けられている。カバー７４には、センサ側ユニット１Ａの少なくともセンサ部分（磁気センサ３Ａ，３Ｂが埋め込まれた部分）３が嵌入された状態で、センサ側ユニット１Ａが図示外のボルト、ナットなどを用いて着脱可能に設けられる。カバー７４に前記センサ部分３が嵌入された状態では、このセンサ部分３を覆うモールド材（弾性部材）の弾性によって、センサ側ユニット１Ａとの間に形成され得るカバー７４の環状隙間δｍがタイトに密封される構成になっている。磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂは、内輪５８の外周に嵌合して取付けられており、センサ側ユニット１Ａとラジアル方向に対面する。
【００５４】
この構成の場合、従動輪用への適用に限られるが、カバー７４によって外方部材５１の端部開口の全体が覆われ、簡易な構成で高いシール性能が得られる。その他の構成，効果は図１の例と同様である。
【００５５】
図２０および図２１は、図１８および図１９に示した例において、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂとセンサ側ユニット１Ａとをアキシアル方向に対向させる構成としたものである。その他の構成，効果は、図１８，図１９の例と同様である。
【００５６】
図２２の車輪用軸受は、いわゆる第４世代型とした例であり、内方部材５２が、ハブ輪５７Ａと、等速ジョイント外輪８１とで構成される。
等速ジョイント８０は，その外輪８１の球形内面と内輪８２の球形外面とに、軸方向に沿う軌道溝をそれぞれ複数形成し、対向する軌道溝間にトルク伝達ボール８３を介在させたものである。トルク伝達ボール８３は保持器８４に保持される。内輪８２はシャフト８６に嵌合させる。等速ジョイント外輪８１は、カップ部８１ａの外底面から中空軸状のステム部８１ｂが突出する。このステム部８１ｂを車輪用軸受のハブ輪５７Ａ内に挿入し、拡径加締によりハブ輪５７Ａと一体に結合している。ハブ輪５７Ａおよび等速ジョイント外輪８１に、内方部材５２の各列の転走面５６が形成される。等速ジョイント外輪８１のカップ部８１ａの開口とシャフト８６の外周との間には、蛇腹状のブーツ８７が被せてある。
【００５７】
回転検出装置１のセンサ側ユニット１Ａは、図１の例と同様に、外方部材５１にセンサ取付孔６３を貫通させてこの孔６３内に挿入して取付けている。磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂは、図１の例と同様に、内方部材５２におけるハブ輪５７Ａの外周に嵌合状態に取付けている。磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂとセンサ側ユニット１Ａとは、ラジアル方向に対向させている。
この例においても、回転検出装置１につき図１の例と同様の作用，効果が得られる。
【００５８】
図２３は，図２２の例において、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂを、センサ側ユニット１Ａとアキシアル方向に対向させたものである。その他の構成，効果は、図２２の例と同様である。
【００５９】
図２４および図２５は、磁気のうちの任意の実施形態に係る回転検出装置１を、鉄道車輪用軸受に組み込んでなる回転検出装置付き車輪用軸受の例を示す。この軸受９０は、ころ軸受、詳しくは複列の円すいころ軸受からなり、各列のころ９３，９３に対して設けた分割型の内輪９１，９１と、一体型の外輪９２と、前記ころ９３，９３と、保持器９４とを備える。後ろ蓋９６は、車軸１００に軸受９０よりも中央側で取付けられている。軸受９０の両端部に配置される両軸受シール１０１，１０１Ａにより軸受９０の内部に潤滑剤が封止され、かつ防塵・耐水性が確保される。
【００６０】
図２４に示す例では、アウトボード側の軸受シール１０１のうち、軸受外輪９２の端部に取付けられる環状のシールケース９８に、センサ側ユニット１Ａが嵌合させて設置されている。この場合、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂは、アウトボード側内輪９１の外周に嵌合して取付けられており、センサ側ユニット１Ａとラジアル方向に対面する。なお、図示しないが、センサ側ユニット１Ａを、軸受外輪９２のインボード側の環状のシールケース９８に嵌合させることも可能である。
【００６１】
また、図２５に示す例では、センサ側ユニット１Ａは、軸受外輪９２に、両ころ９３，９３間で径方向に貫通させたセンサ取付孔６３に挿通して取付けられている。これら鉄道車両用軸受に回転検出装置１を組み込んでなる回転検出装置付き車輪用軸受においても、高い分解能で車輪の正確な回転位置検出が可能となる。鉄道車両用軸受においても、振動センサを軸受または軸箱に設置し、走行中の振動状態をモニタして車輪や軸受の損傷を検出することができる。
【００６２】
なお、上記各実施形態の車輪用軸受は、第３世代型および第４世代型の例について述べたが、この発明の回転検出装置付き車輪用軸受は、ハブと軸受とが別々に設けられる第１世代型や第２世代型の車輪用軸受にも適用でき、また外方部材が回転側で内方部材が固定側の車輪用軸受に適用することもできる。また、アンギュラ玉軸受型に限らず、各種の車輪用軸受に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】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である。
【図２】同車輪用軸受をインボード側から見た側面図である。
【図３】同車輪用軸受に搭載される回転検出装置の一構成例の概略図である。
【図４】同回転検出装置の他の構成例の要部側面図である。
【図５】磁気センサの一構成例の説明図である。
【図６】磁気センサの他の構成例の説明図である。
【図７】磁気センサの検出信号および位相差検出手段の検出信号の波形図である。
【図８】各磁気センサの検出信号の位相と両検出信号の位相差を示す波形図である。
【図９】位相差検出手段で検出される位相差信号を角度算出手段の補正手段で補正する補正処理の説明図である。
【図１０】回転検出装置の絶対角度検出回路の一構成例を示すブロック図である。
【図１１】回転検出装置における角度情報出力回路の一構成例を示すブロック図である。
【図１２】この発明の他の実施形態にかかる車輪用軸受の断面図である。
【図１３】同車輪用軸受をインボード側から見た側面図である。
【図１４】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受の断面図である。
【図１５】同車輪用軸受をインボード側から見た側面図である。
【図１６】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受の断面図である。
【図１７】同車輪用軸受をインボード側から見た側面図である。
【図１８】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受の断面図である。
【図１９】同車輪用軸受をインボード側から見た側面図である。
【図２０】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受の断面図である。
【図２１】同車輪用軸受をインボード側から見た側面図である。
【図２２】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受の断面図である。
【図２３】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受の断面図である。
【図２４】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受の断面図である。
【図２５】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受の断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１…回転検出装置
２Ａ，２Ｂ…磁気エンコーダ
３Ａ，３Ｂ…磁気センサ
３Ａ１，３Ａ２…磁気センサ素子
３ＡＡ，３ＡＢ…ラインセンサ
６…位相差検出手段
７…角度算出手段
１０…角度情報出力回路
１１…センサモジュール
１２…補正手段
【図１】
0005450948.tif 000002
【図２】
0005450948.tif 000003
【図３】
0005450948.tif 000004
【図４】
0005450948.tif 000005
【図５】
0005450948.tif 000006
【図６】
0005450948.tif 000007
【図７】
0005450948.tif 000008
【図８】
0005450948.tif 000009
【図９】
0005450948.tif 000010
【図１０】
0005450948.tif 000011
【図１１】
0005450948.tif 000012
【図１２】
0005450948.tif 000013
【図１３】
0005450948.tif 000014
【図１４】
0005450948.tif 000015
【図１５】
0005450948.tif 000016
【図１６】
0005450948.tif 000017
【図１７】
0005450948.tif 000018
【図１８】
0005450948.tif 000019
【図１９】
0005450948.tif 000020
【図２０】
0005450948.tif 000021
【図２１】
0005450948.tif 000022
【図２２】
0005450948.tif 000023
【図２３】
0005450948.tif 000024
【図２４】
0005450948.tif 000025
【図２５】
0005450948.tif 000026