(57)【要約】【課題】Ａ相、Ｂ相両パルス信号ＳA、ＳBを利用して、回転部材に作用する荷重等の物理量を算出する構造に関し、低速回転時の第一、第二両カウンタ９、１０のオーバーフローを防止できると共に、高速回転時の前記物理量の分解能を確保できる構造を実現する。【解決手段】前記両パルス信号ＳA、ＳBの初期位相差を１８０度に設定する。前記物理量を演算する演算器に、これら両パルス信号ＳA、ＳBのＸＯＲ信号ＳXORを生成する機能と、前記Ａ相パルス信号のパルス周期ＴAを前記第一基準クロック信号を利用して計測する機能と、前記ＸＯＲ信号のＬ側のパルス幅ＴXORを前記第二基準クロック信号を利用して計測する機能と、パルス幅比ＴXOR／ＴAを利用して前記物理量を算出する機能とを持たせる。【選択図】図１
2014224751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用時にも回転しない静止部材と、それぞれが予圧を付与された複数の転がり軸受により、この静止部材に対して回転自在に支持された回転部材と、この回転部材に固定され、この回転部材と同心の被検出面を有すると共に、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させたエンコーダと、この被検出面にそれぞれの検出部を対向させた状態で前記静止部材に支持され、これら両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信号として発生する１対のセンサと、これら両センサの出力信号を利用して、前記静止部材に対する前記回転部材の変位と、これら静止部材と回転部材との間に作用する荷重とのうちの少なくとも一方の物理量を求める演算器とを備えた物理量測定装置付回転機械であって、
前記静止部材と前記回転部材とが相対変位していない中立状態で、前記両センサの出力信号同士の間の初期位相差を１８０度に設定しており、
前記演算器は、前記両センサの出力信号同士の間の排他的論理和を算出し、この排他的論理和を表す信号のパルス幅と、これら両センサの出力信号のパルス周期との比であるパルス幅比に基づいて、前記物理量を算出するものである事を特徴とする、
物理量測定装置付回転機械。
【請求項２】
前記パルス幅比を求める為に用いるパルス幅が、前記排他的論理和を表す信号のうち、この信号の値がＬである時間を示すパルス幅である、請求項１に記載した物理量測定装置付回転機械。
【請求項３】
前記パルス幅を計測する為の基準クロック周波数が、前記パルス周期を計測する為の基準クロック周波数よりも高い、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した物理量測定装置付回転機械。
【請求項４】
前記演算器が、前記中立状態を基準として、前記両センサのうちの一方のセンサの出力信号に対し、他方のセンサの出力信号の位相が遅れているか進んでいるかに基づいて、前記静止部材に対する前記回転部材の相対変位の方向を求める機能を有する、
請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した物理量測定装置付回転機械。
【請求項５】
前記一方のセンサの出力信号のパルスエッジと同時刻に於ける、前記他方のセンサの出力信号の値に基づいて、前記中立状態を基準として、前記一方のセンサの出力信号に対し、この他方のセンサの出力信号の位相が遅れているか進んでいるかを判定する、
請求項４に記載した物理量測定装置付回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブ、旋盤、フライス盤、マシニングセンタ等の工作機械を構成する主軸、トランスミッションを構成する歯車軸と言った、各種回転機械を構成する回転部材に生じる変位や傾き、更には、この回転部材に作用する荷重、モーメントと言った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。
【背景技術】
【０００２】
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１参照）。図４〜６は、この特許文献１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。この従来構造は、懸架装置に支持された状態で使用時にも回転しない、静止部材である外輪１の内径側に、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２を、複数個の転動体３、３を介して、回転自在に支持している。これら各転動体３、３には、互いに逆向きの（図示の場合には背面組み合わせ型の）接触角と共に、予圧を付与している。
【０００３】
前記ハブ２の軸方向内端部（軸方向に関して「内」とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向中央側を言い、図４の右側。反対に、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側となる図４の左側を、軸方向に関して「外」と言う。本明細書全体で同じ。）には、円筒状のエンコーダ４を、前記ハブ２と同心に支持固定している。又、前記外輪１の内端開口を塞ぐ有底円筒状のカバー５の内側に、１対のセンサ６ａ、６ｂを支持すると共に、これら両センサ６ａ、６ｂの検出部を、前記エンコーダ４の被検出面である外周面に近接対向させている。
【０００４】
このうちのエンコーダ４は、鋼板等の磁性金属板により全体を円筒状に造られたもので、軸方向中間部に、複数の透孔７、７を、円周方向に関して等間隔に形成している。これら各透孔７、７の形状は、前記エンコーダ４の軸方向に関して、その中間部を境とする両側部分が、この幅方向に対して互いに逆方向に傾斜した「く」字形である。従って、被検出面である、前記エンコーダ４の外周面には、互いに異なる磁気特性を有する、前記各透孔７、７に対応する部分（第一特性部）と、これら各透孔７、７同士の間に挟まれた部分（第二特性部）とが、円周方向に関して交互に配置された状態になっている。そして、この被検出面のうち、前記「く」字形の折れ曲がり部を挟んだ幅方向（軸方向）両側部分に、前記両センサ６ａ、６ｂの検出部を、それぞれ近接対向させている。又、一方のセンサ６ａの出力信号であるＡ相パルス信号ＳAと、他方のセンサ６ｂの出力信号であるＢ相パルス信号ＳBとの、互いの周期を等しく（ＴA＝ＴB）している。これと共に、これら両パルス信号ＳA、ＳB同士の間の位相差δに関して、前記外輪１と前記ハブ２とが相対変位していない（このハブ２にアキシアル荷重が作用していない）中立状態での位相差δである、初期位相差δ0を、図６の（Ａ）に示す様に、互いに逆相となる１８０度に設定している。この為に、前記両センサ６ａ、６ｂ及びエンコーダ４の構成や相対位置等を規制している。
【０００５】
上述の様に構成する従来構造の場合、車輪の回転時に、前記外輪１と前記ハブ２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１とハブ２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６ａ、６ｂの検出部による、前記エンコーダ４の被検出面の走査位置が軸方向に変化すると、例えば図６の（Ａ）→（Ｂ）の順に示す様に、前記位相差δが変化する。ここで、この位相差δと、前記Ａ相パルス信号ＳAのパルス周期ＴAとの比である、位相差比（＝位相差δ／パルス周期ＴA）は、回転速度の影響を受けない無次元量であって、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。この為、この位相差比δ／ＴA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）を算出する事ができる。尚、上述した従来構造は、運転時に前記位相差比δ／ＴAが、０．５を中心として、０と１との間に挟まれた範囲（０＜δ／ＴA＜１）を超えない様に設計されている。実際には、この範囲よりも狭い範囲で変化する様に設計されている。何れにしても、上述の様な算出処理は、図示しない演算器により行う。この為、この演算器には、予め理論計算や実験により調べておいた、前記位相差比δ／ＴAと前記アキシアル荷重（アキシアル方向の相対変位）との関係を、計算式やマップ等の形式で組み込んでおく。
【０００６】
上述した様な従来構造を実施する場合には、前記演算器として、マイクロコンピュータ等を使用する事ができる。この場合、前記位相差δと前記パルス周期ＴAとの計測には、基準クロック信号が用いられる。即ち、このうちの位相差δを計測する場合には、例えば、前記Ａ相パルス信号ＳAの立上りエッジを検出すると同時に、カウンタにより基準クロック信号のパルス数のカウントを開始し、前記Ｂ相パルス信号ＳBの立上りエッジの検出と同時にカウントを終了する。そして、この時のカウント値を読み取る事によって、前記位相差δを計測する。前記パルス周期ＴAに就いても、別のカウンタで同様にして計測する。何れの場合も、カウント値を読み取ると同時に、当該カウンタのカウント値をクリアすれば（リセットして０にすれば）、対象となるパルス信号に関する被計測量（位相差δ、パルス周期ＴA）を順次計測する事ができる。
【０００７】
但し、前記各カウンタは、通常、有限のビット幅（カウンタ長）を有している為、カウント値がビット幅の上限に達すると、オーバーフローしてしまう。この場合の対応策として、オーバーフローの発生を検知してカウント値を補正する方法が考えられるが、この方法を採用する場合には、処理が煩雑となり、更に割り込み処理のタイミングによっては、大きな計測誤差を生じる可能性がある。従って、この様な不都合を回避する為には、前記基準クロック信号の周波数（基準クロック周波数）を、前記被計測量（δ、ＴA）に対応する時間内に、前記オーバーフローが発生しない値以下に設定する必要がある。
これに対し、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）の分解能を十分に確保すべく、前記位相差δの分解能を高める観点からは、前記基準クロック周波数は、できるだけ高い事が望ましい。
【０００８】
この点に関して、前述した車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、前記物理量を測定すべき回転速度範囲は、自動車の走行速度に換算して、例えば、５km／h以上且つ最高速度（例えば２００km／h）以下と言った様に、かなり広い範囲となる。この為、前記基準クロック周波数を、この回転速度範囲のうちの最低の回転速度（前記位相差δに対応する時間幅が最長となる速度）で前記オーバーフローが発生しない値以下に（低く）設定すると、回転速度が高くなった場合（前記位相差δに対応する時間幅が短くなった場合）に、この位相差δの変化量を表すカウント値が小さくなって、この位相差δの分解能を十分に確保しにくくなる。
【０００９】
この点に就いて、より詳しく説明すると、次の様になる。今、測定すべき物理量の変化に伴って、前記位相差δが、初期位相差δ0から１０度だけ変化した（｜δ−δ０｜＝１０度になった）と考える。この場合に、低速の或る回転速度に於いて、この１０度に相当するカウンタのカウント値が１００であったと仮定すると、当該回転速度に於ける前記位相差δの分解能は、１０度／１００＝０．１度となる。一方、同様の場合に、高速の或る回転速度に於いては、上述した低速の時に比べて、前記１０度に対応する時間幅が短くなる為、その分、この１０度に相当するカウンタのカウント値も小さくなる。例えば、この時のカウント値が２０であったと仮定すると、当該回転速度に於ける前記位相差δの分解能は、１０度／２０＝０．５度となる。この様に、同じ位相差δの変化が生じた場合でも、回転速度が異なると、この位相差δの変化に対応する時間幅が変わる（回転速度が大きくなる程この時間幅が短くなる）為、前記位相差δの分解能が変わる（回転速度が大きくなる程この分解能が低くなる）。従って、前述した車輪支持用転がり軸受ユニットの様に、前記物理量を測定すべき回転速度範囲が広い場合には、前記基準クロック周波数を、この回転速度範囲のうちの最低の回転速度で前記オーバーフローが発生しない値以下に設定すると、回転速度が高くなった場合に、前記位相差δの変化量を表すカウント値が小さくなって、この位相差δの分解能を十分に確保しにくくなる。
【００１０】
この様な問題は、上述した従来構造に限らず、この従来構造と同様の原理で物理量を測定する方法、即ち、エンコーダの被検出面に対向させた１対のセンサの出力信号に含まれるパルスの時間幅を利用して物理量を測定する方法を採用する、他の構造に就いても同様に生じ得る。この様な他の構造の例として、特許文献２には、当該測定方法を工作機械の主軸装置に採用した例が、特許文献３には、当該測定方法を自動車のトランスミッションに採用した例が、それぞれ記載されている。これら主軸装置やトランスミッションの場合も、上述の様な物理量の測定を、広い回転速度範囲で行う事が要求される。この為、これらに就いても、上述した様な不都合を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−３１７４２０号公報
【特許文献２】特開２０１１−７５３４６号公報
【特許文献３】特開２０１２−９８２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述の様な事情に鑑み、物理量を算出する為に必要なパルス信号に関する被計測量を計測する為のカウンタを、運転時にオーバーフローさせない条件で、このカウンタのビット幅を大きくする事なく、高速の回転速度を含む、前記物理量を測定すべき全回転速度範囲に於いて、前記被計測量の分解能（前記物理量の分解能）を向上させる事ができる構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の物理量測定装置付回転機械は、使用時にも回転しない静止部材と、それぞれが予圧を付与された複数の転がり軸受により、この静止部材に対して回転自在に支持された回転部材と、この回転部材に固定され、この回転部材と同心の被検出面を有すると共に、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させたエンコーダと、この被検出面にそれぞれの検出部を対向させた状態で前記静止部材に支持され、これら両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［ディジタル化された二値信号｛“Ｈ”（“１”）と“Ｌ”（“０”）との二値で表される信号｝］を出力信号として発生する１対のセンサと、これら両センサの出力信号を利用して、前記静止部材に対する前記回転部材の変位と、これら静止部材と回転部材との間に作用する荷重とのうちの少なくとも一方の物理量を求める演算器とを備える。
【００１４】
特に、本発明の物理量測定装置付回転機械の場合には、前記静止部材と前記回転部材とが相対変位していない中立状態で、前記両センサの出力信号同士の間の初期位相差を１８０度に設定している。又、前記演算器は、これら両センサの出力信号同士の間の排他的論理和を算出し、この排他的論理和を表す信号のパルス幅と、これら両センサの出力信号のパルス周期との比であるパルス幅比に基づいて、前記物理量を算出する。
即ち、本発明の場合には、この物理量を算出する為に必要なパルス信号に関する被計測量として、前述の従来構造で採用していた位相差に代えて、前記パルス幅を採用する。
【００１５】
上述の様な本発明の物理量測定装置付回転機械を実施する場合に、好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、前記パルス幅比を求める為に用いるパルス幅を、前記排他的論理和を表す信号のうち、この信号の値がＬである時間を示すパルス幅とする。
【００１６】
又、本発明を実施する場合に、より好ましくは、請求項３に記載した発明の様に、前記パルス幅を計測する為の基準クロック周波数を、前記パルス周期を計測する為の基準クロック周波数よりも高くする。
【００１７】
又、本発明を実施する場合に、更に好ましくは、請求項４に記載した様に、前記演算器を、前記中立状態を基準として、前記両センサのうちの一方のセンサの出力信号に対し、他方のセンサの出力信号の位相が遅れているか進んでいるかに基づいて、前記静止部材に対する前記回転部材の相対変位の方向を求める機能を有するものとする。
この場合に、具体的には、例えば請求項５に記載した発明の様に、前記一方のセンサの出力信号のパルスエッジと同時刻に於ける、前記他方のセンサの出力信号の値に基づいて、前記中立状態を基準として、前記一方のセンサの出力信号に対し、この他方のセンサの出力信号の位相が遅れているか進んでいるかを判定する。
【発明の効果】
【００１８】
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、物理量を算出する為に必要なパルス信号に関する被計測量を計測する為のカウンタを、運転時にオーバーフローさせない条件で、このカウンタのビット幅を大きくする事なく、高速の回転速度を含む、前記物理量を測定すべき全回転速度範囲に於いて、前記被計測量の分解能（前記物理量の分解能）を、前述した従来構造の場合に比べて向上させる事ができる。以下、この理由に就いて説明する。
【００１９】
本発明の場合には、前述した従来構造の様に、１対のセンサの出力信号同士の間の位相差と、これら両センサの出力信号のパルス周期との比である位相差比（位相差／パルス周期）に基づいて物理量を算出する代わりに、１対のセンサの出力信号同士の間の排他的論理和を算出し、この排他的論理和を表す信号のパルス幅と、これら両センサの出力信号のパルス周期との比であるパルス幅比（パルス幅／パルス周期）に基づいて物理量を算出する。
ここで、回転部材の回転速度を同じとした場合、このパルス幅比と前記位相差比との、それぞれの分母であるパルス周期は、互いに同じもの（同じ時間幅）となるが、前記物理量に応じて変化する、前記パルス幅比の分子であるパルス幅の最大値は、前記位相差比の分子である位相差の最大値よりも小さくなる（時間幅が短くなる）。特に、請求項２に記載した発明の様に、前記パルス幅比の分子であるパルス幅として、前記排他的論理和を表す信号のうち、この信号の値がＬである時間を示すパルス幅を用いれば、このパルス幅の最大値は、前記位相差の最大値の半分未満になる。この為、このパルス幅を計測する為のカウンタのビット幅と、前記位相差を計測する為のカウンタのビット幅とを、互いに同じとした場合、運転時にこれら両カウンタをオーバーフローさせない条件に於いては、前記パルス幅を計測する為の基準クロック周波数を、前記位相差を計測する為の基準クロック周波数よりも高くする事ができる（請求項２に記載した発明の場合には、２倍以上高くする事ができる）。これに対して、前記物理量の変化に伴う、前記パルス幅（時間幅）の変化量と、前記位相差（時間幅）の変化量とは、互いに等しくなる。従って、このパルス幅の変化量に相当するカウント値を、この位相差の変化量に相当するカウント値よりも、大きくする事ができる。
この結果、本発明の場合には、物理量を算出する為に必要なパルス信号に関する被計測量（本発明の場合には前記パルス幅、前述した従来構造の場合には前記位相差）を計測する為のカウンタを、運転時にオーバーフローさせない条件で、前記カウンタのビット幅を大きくする事なく、高速の回転速度を含む、前記物理量を測定すべき全回転速度範囲に於いて、前記被計測量の分解能（前記物理量の分解能）を、前述した従来構造の場合に比べて向上させる事ができる。
【００２０】
尚、前記両センサの出力信号のパルスエッジの正確さは、これら各センサのエッジ誤差に起因して変化する。例えば、これら各センサが磁気センサである場合、同じ磁場変化を与えたとしても、発生するパルスエッジのタイミングに正規分布的なばらつきが生じる事が知られている。このばらつきに対して、前記被計測量の変化量に相当するカウンタのカウント値が小さいと、その分、この被計測量の変化量の計測誤差（前記物理量の測定誤差）が大きくなる。この点に関して、本発明の場合には、上述した説明からも分かる様に、前記被計測量の変化量に相当するカウント値を、前述した従来構造の場合に比べて大きくできる。この為、この被計測量の変化量の計測精度（前記物理量の測定精度）を、前述した従来構造の場合に比べて向上させる事ができる。
【００２１】
又、請求項３に記載した発明によれば、例えば、前記パルス幅を計測する為のカウンタのビット幅と、前記パルス周期を計測する為のカウンタのビット幅とを、互いに等しくする構成を採用しつつ、上述した様な本発明の効果を奏する事が可能となる。
【００２２】
又、請求項４〜５に記載した発明の場合には、運転時に於いて静止部材に対する回転部材の相対変位の方向（測定すべき物理量の方向）が正方向と逆方向との２方向に変化する構造に本発明を適用する場合に、前記相対変位の方向が正方向と逆方向との何れの方向であるかを求められる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す、演算器による物理量の算出処理を説明する為のブロック図。
【図２】１対のセンサの出力信号と、これら両出力信号の排他的論理和を表す信号とを示す線図。
【図３】中立状態を基準として、一方のセンサの出力信号に対し、他方のセンサの出力信号の位相が遅れているか進んでいるかを判定する方法を説明する為の、図２と同様の線図。
【図４】従来構造の１例を示す断面図。
【図５】エンコーダの被検出面の一部分の展開図。
【図６】１対のセンサの出力信号を、中立状態（Ａ）と、非中立状態（Ｂ）とで示す線図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１〜３により、本発明の実施の形態の１例に就いて説明する。尚、本例の特徴は、主として、物理量の算出処理を行う演算器の構成にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図４〜６に示した従来構造の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明は、重要な部分を除いて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。
【００２５】
前記演算器の具体的な構成及び作用に就いて説明する前に、先ず、本例による物理量（アキシアル荷重、アキシアル方向の相対変位）の求め方に就いて説明する。本例では、この物理量を、大きさ（絶対値）と方向（向き、符号）とに分けて求める。そこで、先ず、この物理量の大きさの求め方に就いて説明する。
本例の場合、それぞれがディジタル化された二値信号である、１対のセンサ６ａ、６ｂ（図４参照）のうちの一方のセンサ６ａの出力信号であるＡ相パルス信号ＳAと、他方のセンサ６ｂの出力信号であるＢ相パルス信号ＳBとの位相は、中立状態で図６の（Ａ）に示す様に、互いに逆位相となる様に設定されている。つまり、これら両パルス信号ＳA、ＳBの中立状態での位相差δである初期位相差δ0は１８０度（中立状態での位相差比δ／ＴAである初期位相差比δ0／ＴAは０．５）に設定されている。この状態から前記物理量が変化する（アキシアル荷重が加わる、アキシアル方向の相対変位が生じる）と、例えば図２に示す様に、前記両パルス信号ＳA、ＳBの位相差δが変化する。ここで、これら両パルス信号ＳA、ＳBの排他的論理和を求めると、この排他的論理和を表す信号（ＸＯＲ信号）ＳXORは、図２の最下段に示す通りとなる。この図２から明らかな様に、このＸＯＲ信号ＳXORの値がＬである時間を示すパルス幅ＴXORは、前記初期位相差δ０を基準とする前記位相差δの変化量の大きさ（＝｜δ−δ０｜）を表すものとなる。そして、この様なパルス幅ＴXORと、前記Ａ相パルス信号ＳAのパルス周期ＴAとの比である、パルス幅比ＴXOR／ＴAは、回転速度の影響を受けない無次元量であって、前記測定すべき物理量の大きさに見合った値をとる。即ち、前記パルス幅比ＴXOR／ＴAは、この物理量の大きさに応じて変化する。従って、これらパルス幅比ＴXOR／ＴAと物理量の大きさとの関係を、予め理論計算や実験により調べておき、前記演算器に計算式やマップ等の形式で組み込んでおけば、前記パルス幅比ＴXOR／ＴAに基づいて前記物理量の大きさを求められる。
【００２６】
次に、前記物理量の方向（向き）の求め方に就いて説明する。
前述の図４に示した物理量測定装置付回転機械の場合、ハブ２に内向きのアキシアル荷重が作用する事により、このハブ２が外輪１に対して軸方向内向きに相対変位し、これに伴って、前記両センサ６ａ、６ｂの検出部による、前記エンコーダ４の被検出面の走査位置が、中立状態の位置から軸方向外側にずれると、図３の（Ａ）に示す様に、中立状態を基準として、前記Ａ相パルス信号ＳAに対し前記Ｂ相パルス信号ＳBの位相が遅れる。これに対して、前記ハブ２に外向きのアキシアル荷重が作用する事により、このハブ２が前記外輪１に対して軸方向外向きに相対変位し、これに伴って、前記走査位置が中立状態から軸方向内側にずれると、同図の（Ｂ）に示す様に、中立状態を基準として、前記Ａ相パルス信号ＳAに対し前記Ｂ相パルス信号ＳBの位相が進む。従って、中立状態を基準として、前記Ａ相パルス信号ＳAに対し前記Ｂ相パルス信号ＳBの位相が遅れているか進んでいるかを判定できれば、前記外輪１に対する前記ハブ２の相対変位の方向（向き）、即ち、前記物理量の方向（向き）を求められる。当該判定を行う為に、本例の場合には、前記Ａ相パルス信号ＳAに含まれるパルスエッジのうち、前記パルス周期ＴAを計測する為に利用される１対のパルスエッジ（図示の例では、１対の立上りエッジ）同士の間に挟まれた中間パルスエッジ（図示の例では、立下りエッジ）と同時刻に於ける、前記Ｂ相パルス信号ＳBの値（図中に○を付けた部分の値）を利用する。即ち、この値が（Ａ）に示す様にＬの場合には、前記Ｂ相パルス信号ＳBの位相が遅れていると判定し、同じく（Ｂ）に示す様にＨの場合には、この位相が進んでいると判定する。
【００２７】
尚、本例の物理量測定装置付回転機械の場合には、運転時に、前記位相差比δ／ＴAが０．５を中心として０と１との間に挟まれた範囲（０＜δ／ＴA＜１）を超えない様に設計されており、別な言い方をすれば、前記位相差δが１８０度を中心として０度と３６０度との間に挟まれた範囲（０度＜δ＜３６０度）を超えない様に設計されている。実際には、より狭い範囲を超えない様に設計されている。この為、何れにしても、運転時に於ける、前記パルス幅ＴXORの最大値は、前記パルス周期ＴAの半分未満になり、又、前記位相差δの最大値の半分未満になる。
【００２８】
従って、本例の構造の場合、前記パルス周期ＴAを計測する為に使用する第一カウンタのビット幅と、前記パルス幅ＴXORを計測する為に使用する第二カウンタのビット幅とが、互いに同じである場合、運転時にこれら両カウンタをオーバーフローさせない条件で、前記パルス周期ＴAを計測する為のクロック周波数（第一基準クロック信号の周波数）よりも、前記パルス幅ＴXORを計測する為のクロック周波数（第二基準クロック信号の周波数）を高くする事ができる。具体的には、この第二基準クロック信号の周波数を、前記第一基準クロック信号の周波数の２倍以上にできる。
【００２９】
次に、前記演算器の構成及び作用（前記物理量の算出処理）に就いて、具体的に説明する。
本例の場合、この演算器は、図示しない発信器と、１対の分周器８ａ、８ｂと、第一、第二両カウンタ９、１０と、ＸＯＲ回路部１１と、判定回路部１２と、算出回路部１３とを備える。
先ず、前記演算器は、前記発振器により生成された、周波数の高い原基準クロック信号を、分周器８ａにより分周比Ｎ1で分周して第一基準クロック信号を生成すると共に、分周器８ｂにより分周比Ｎ2（≠Ｎ1）で分周して第二基準クロック信号を生成する。
本例の場合には、運転中、前記両分周比Ｎ1、Ｎ2は変化しない。従って、前記第一、第二両基準クロック信号の周波数も変化しない。
この様な分周比Ｎ1、Ｎ2は、予め適切な値に規制している。具体的には、前記物理量を測定すべき回転速度範囲のうちの最低の回転速度でも、前記両カウンタ９、１０（互いに等しいビット幅を有する１対のカウンタ）が、それぞれオーバーフローしない範囲で、前記第一、第二両基準クロック信号の周波数をできるだけ大きくできる様に、前記両分周比Ｎ1、Ｎ2をそれぞれ規制している。特に、本例の場合には、上述した事情を考慮して、前記第二基準クロック信号の周波数を、前記第一基準クロック信号の周波数の２倍以上にしている。
【００３０】
又、前記演算器は、前記Ａ相パルス信号ＳA及び前記Ｂ相パルス信号ＳBを前記ＸＯＲ回路部１１に入力し、これら両信号ＳA、ＳB同士の間の排他的論理和である、ＸＯＲ信号ＳXORを出力する。
【００３１】
又、前記演算器は、前記第一カウンタ９を含む計測部で、前記Ａ相パルス信号ＳAのパルス周期ＴAを計測する。具体的には、このＡ相パルス信号ＳAの立上りエッジを検出するのと同時に、前記第一カウンタ９により前記第一基準クロック信号のパルス数のカウントを開始し、前記Ａ相パルス信号ＳAの次の立上りエッジを検出するのと同時にカウントを終了する。この時のカウント値を読み取る事によって、前記パルス周期ＴAを計測する。そして、このカウント値を読み取ると同時に、前記第一カウンタ９のカウント値をクリアする事で、前記パルス周期ＴAを順次計測する。
【００３２】
又、前記第二カウンタ１０を含む計測部で、前記ＸＯＲ信号ＳXORのパルス幅ＴXORを計測する。具体的には、このＸＯＲ信号ＳXORの立下りエッジの検出と同時に、前記第二カウンタ１０により前記第二基準クロック信号のパルス数のカウントを開始し、前記ＸＯＲ信号ＳXORの立上りエッジの検出と同時にカウントを終了する。この時のカウント値を読み取る事によって、前記パルス幅ＴXORを計測する。そして、このカウント値を読み取ると同時に、前記第二カウンタ１０のカウント値をクリアする事で、前記パルス幅ＴXORを順次計測する。
【００３３】
又、前記演算器は、前記判定回路部１２で、前記Ａ相パルス信号ＳAに対するＢ相パルス信号ＳBの位相が遅れているか進んでいるかの判定を行う。この判定は、前述した（図３を参照しつつ説明した）原理に基づいて行う。即ち、前記Ａ相パルス信号ＳAの中間パルスエッジ（立下りエッジ）と同時刻に於ける、前記Ｂ相パルス信号ＳBの値がＬであるかＨであるかに基づいて、前記位相が遅れているか進んでいるかの判定を行う。
【００３４】
そして、前記演算器は、前記算出回路部１３で、測定すべき物理量を算出する。具体的には、上述の様に計測したパルス幅ＴXORとパルス周期ＴAとの比であるパルス幅比ＴXOR／ＴAを求める演算を行い、この様にして求めたパルス幅比ＴXOR／ＴAに基づいて前記物理量の大きさを求めると共に、前記判定回路部１２による判定結果に基づいてこの物理量の方向（向き）を求める演算を行う。
【００３５】
上述の様に構成する本例の物理量測定装置付回転機械によれば、物理量を算出する為に必要なパルス信号に関する被計測量を計測する為のカウンタを、運転時にオーバーフローさせない条件で、このカウンタのビット幅を大きくする事なく、高速の回転速度を含む、前記物理量を測定すべき全回転速度範囲に於いて、前記被計測量の分解能（前記物理量の分解能）を、前述した従来構造の場合に比べて向上させる事ができる。以下、この理由に就いて説明する。
【００３６】
本例の物理量測定装置付回転機械の場合には、前述した従来構造の様に前記位相差比（位相差δ／パルス周期ＴA）に基づいて物理量を算出する代わりに、前記パルス幅比（パルス幅ＴXOR／パルス周期ＴA）に基づいて物理量を算出する。ここで、前記ハブ２の回転速度を同じとした場合、このパルス幅比ＴXOR／ＴAと前記位相差比δ／ＴAとの、それぞれの分母であるパルス周期ＴAは、互いに同じもの（同じ時間幅）となるが、前記物理量に応じて変化する、前記パルス幅比ＴXOR／ＴAの分子であるパルス幅ＴXORの最大値は、前記位相差比δ／ＴAの分子である位相差δの最大値の半分未満になる（時間幅が短くなる）。従って、前記パルス幅ＴXORを計測する為の前記第二カウンタ１０のビット幅と、前記位相差δを計測する為のカウンタのビット幅とが、互いに同じである場合には、運転時にこれら両カウンタをオーバーフローさせない条件で、前記パルス幅ＴXORを計測する為の基準クロック周波数（第二基準クロック信号の周波数）を、前記位相差δを計測する為の基準クロック周波数よりも、２倍以上高くする事ができる。これに対して、前記物理量の変化に伴う、前記パルス幅ＴXOR（時間幅）の変化量と、前記位相差δ（時間幅）の変化量とは、互いに等しくなる。従って、このパルス幅ＴXORの変化量に相当するカウント値を、この位相差δの変化量に相当するカウント値よりも、大きくする事ができる。
この結果、本例の場合には、前記物理量を算出する為に必要なパルス信号に関する被計測量（本例の場合には前記パルス幅ＴXOR、前述した従来構造の場合には前記位相差δ）を計測する為のカウンタ（本例の場合には、前記第二カウンタ１０）を、運転時にオーバーフローさせない条件で、このカウンタのビット幅を大きくする事なく、高速の回転速度を含む前記全回転速度範囲に於いて、前記被計測量の分解能（前記物理量の分解能）を、前述した従来構造の場合に比べて向上させる事ができる。
【００３７】
又、本例の場合には、前記被計測量の変化量に相当するカウント値を、前述した従来構造の場合に比べて大きくできる。この為、前記Ａ相、Ｂ相両パルス信号ＳA、ＳBに含まれるパルスエッジの発生タイミングのばらつきに起因する、前記被計測量の変化量の計測誤差（前記物理量の測定誤差）を抑えられ、この被計測量の変化量の計測精度（この物理量の測定精度）を、前述した従来構造の場合に比べて向上させる事ができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
上述した実施の形態では、前述の図４〜５に示した従来構造に対して本発明を適用した。但し、本発明は、これに限らず、特許請求の範囲に記載した要件を満たす、各種の物理量測定装置付回転機械に適用する事ができる。例えば、本発明は、回転機械として、自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットを採用する構造に限らず、工作機械の主軸装置や自動車のトランスミッションを採用する構造にも、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にも、適用可能である。
又、上述した実施の形態では、パルス幅比ＴXOR／ＴAの分母である、パルス周期ＴAを、Ａ相パルス信号ＳAの立上りエッジ間の時間幅とした（図２〜３参照）。但し、本発明を実施する場合には、これに代えて、パルス周期ＴAを、Ａ相パルス信号ＳAの立下りエッジ間の時間幅とする事もできる。
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。
【符号の説明】
【００３９】
１  外輪
２  ハブ
３  転動体
４  エンコーダ
５  カバー
６ａ、６ｂ  センサ
７  透孔
８ａ、８ｂ  分周器
９  第一カウンタ
１０  第二カウンタ
１１  ＸＯＲ回路部
１２  判定回路部
１３  算出回路部
【図１】
2014224751.tif 000003
【図２】
2014224751.tif 000004
【図３】
2014224751.tif 000005
【図４】
2014224751.tif 000006
【図５】
2014224751.tif 000007
【図６】
2014224751.tif 000008