(57)【要約】【課題】  着磁極数を増大させることなく角度検出の分解能を大幅に高めることができる軸受回転検出装置を提供する。【解決手段】  同じパルサーリング１１に対し、検知波形間に周期的波形の１／２波長よりも小さい位相差を生ずる関係にて、パルサーリング１１の周方向にて互いに異なる角度位置に配置された複数の磁界検出素子５１，５２を設ける。そして、個々の磁界検出素子５１，５２の検知波形を方形波化し、その波形の立上りエッジ及び立下りエッジを、いずれの素子の検知波形に属するかを区別せず時系列的に互いに混在させた形でその到来順に角度情報として計数する。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、前記内輪の外側に同心的に配置された外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置される複数の転動体とを有する軸受と、
前記内輪又は外輪の一方に同心的に固定された永久磁石部材として構成され、着磁極性の互いに異なる第一着磁領域と第二着磁領域とを等間隔にて交互に形成したパルサーリングと、
該パルサーリングに対し磁気ギャップを形成する形で非回転にて対向配置され、前記パルサーリングの回転に伴い交互に通過する前記第一着磁領域及び前記第二着磁領域が形成する磁界変動を、互いに隣接する第一着磁領域及び第二着磁領域の対が繰り返し通過して形成される周期的波形として各々検出するとともに、検知波形間に前記周期的波形の１／２波長よりも小さい位相差を生ずる関係にて、前記パルサーリングの周方向にて互いに異なる角度位置に配置された複数の磁界検出素子と、
各前記磁界検出素子の検知波形を方形波化する波形整形部と、
その方形波化された複数の検知波形の立上りエッジ及び立下りエッジに対応する計数信号を、いずれの検知波形に属するかを区別せず時系列的に互いに混在させた形でその到来順に出力するエッジ計数信号出力手段と、
を備えたことを特徴とする軸受回転検出装置。
【請求項２】
前記複数の磁界検出素子は、方形波化された各検知波形の立上りエッジ及び立下りエッジが、個々の検知波形の一波長区間を互いに等分割しあう関係となるように、前記パルサーリングの周方向にて互いに異なる角度位置に配置されてなる請求項１記載の軸受回転検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸受回転検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００４−１９８３７８号公報
【特許文献２】特開２０００−２４９１３８号公報
【特許文献３】特開２００２−４００３７号公報
【０００３】
回転センサは光学式のロータリーエンコーダが広く使用されているが、自動車の足回り系統の回転検知には、汚れ付着等による誤検出を防止するために磁気式の回転センサが使用されることが多い。磁気式の回転センサには種々の方式があるが、検知対象物と共に回転する磁性被検知体に磁気ギャップを介して、磁気ヘッド、磁気抵抗効果素子あるいはホール素子といった磁界検出素子を配置し、磁性被検知体の回転に基づく磁気ギャップ内の磁界変動を測定し、その検出波形を用いて回転角度を算出する方式が、センサ構造が比較的簡便であり精度も高いことから広く使用されている。
【０００４】
近年、上記のような磁気式回転センサをアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）等の制御に用いるため、車軸を支持する転がり軸受として、該センサの磁性被検知体リング（例えばパルサーリング）を取り付けた転がり軸受が採用されている（例えば、特許文献１〜３）。この種の転がり軸受では、回転検出対象となる車軸が取り付けられる内輪にパルサーリングを取り付け、非回転の外輪側に磁界検出素子を含んだ検知ユニットを取り付ける構造が一般的である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、ＡＢＳの制御レスポンスを向上させるため、車輪のロック／回転の検出精度をより高める要求があり、ハブユニットに取り付けられた回転センサもその角度検出の分解能を向上させる必要がある。磁気式回転センサの分解能を向上するには、パルサーリングの着磁極数をさらに増やす必要がある。しかし、着磁極数をむやみに増大させた場合、個々の着磁領域の幅が小さくなりすぎ、磁束が減少するとともに極近接に伴う減磁の影響も大きくなるので、センシングに必要な磁界強度が得られなくなる問題がある。
【０００６】
本発明の課題は、着磁極数を増大させることなく角度検出の分解能を大幅に高めることができる軸受回転検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の軸受回転検出装置は、
内輪と、内輪の外側に同心的に配置された外輪と、内輪と外輪との間に配置される複数の転動体とを有する軸受と、
内輪又は外輪の一方に同心的に固定された永久磁石部材として構成され、着磁極性の互いに異なる第一着磁領域と第二着磁領域とを等間隔にて交互に形成したパルサーリングと、
該パルサーリングに対し磁気ギャップを形成する形で非回転にて対向配置され、パルサーリングの回転に伴い交互に通過する第一着磁領域及び第二着磁領域が形成する磁界変動を、互いに隣接する第一着磁領域及び第二着磁領域の対が繰り返し通過して形成される周期的波形として各々検出するとともに、検知波形間に周期的波形の１／２波長よりも小さい位相差を生ずる関係にて、パルサーリングの周方向にて互いに異なる角度位置に配置された複数の磁界検出素子と、
各磁界検出素子の検知波形を方形波化する波形整形部と、
その方形波化された複数の検知波形の立上りエッジ及び立下りエッジに対応する計数信号を、いずれの検知波形に属するかを区別せず時系列的に互いに混在させた形でその到来順に出力するエッジ計数信号出力手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によると、同じパルサーリングに対し、検知波形間に周期的波形の１／２波長よりも小さい位相差を生ずる関係にて、パルサーリングの周方向にて互いに異なる角度位置に配置された複数の磁界検出素子を設ける。そして、個々の磁界検出素子の検知波形を方形波化し、その波形の立上りエッジ及び立下りエッジを、いずれの素子の検知波形に属するかを区別せず時系列的に互いに混在させた形でその到来順に角度情報として計数する。これにより、パルサーリングの着磁領域数（着磁極数）が同じであっても、磁界検出素子の数が増える分だけ、検出角度間隔を表わす波形立上りエッジ及び立下りエッジの到来間隔を増加することができ、角度検出の分解能を大幅に高めることができる。
【０００９】
複数の磁界検出素子は各々ホール素子にて構成することができる。ホール素子は小形で高感度の磁電変換素子であり、検出素子として軸受に組み込む上で好都合である。
【００１０】
複数の磁界検出素子は、方形波化された各検知波形の立上りエッジ及び立下りエッジが、個々の検知波形の一波長区間を互いに等分割しあう関係となるように、パルサーリングの周方向にて互いに異なる角度位置に配置することが望ましい。このようにすると、複数の磁界検出素子から相次いで出力される検知波形の立上りエッジ及び立下りエッジの到来角度間隔が一様となり、エッジ計数値から実際の角度位置あるいは回転速度を求めるための演算処理が大幅に簡略化される。幾何学的には、複数の磁界検出素子の配置個数をｎとしたとき、それら磁界検出素子を、各検知波形の位相が（１／２ｎ）波長ずつ順次ずれた位置関係となるように配置することで上記の構成が実現できる。例えば、磁界検出素子の配置個数が２である場合、それら磁界検出素子は、各検知波形の位相が（１／４）波長ずれた位置関係となるように配置するとよい。
【００１１】
パルサーリングの着磁領域は、互いに隣接する第一着磁領域と第二着磁領域の組が検知波形１波長分の回転角度範囲に相当するから、１／２波長以下の角度スパンで配置される複数の磁界検出素子は、１つの着磁領域内に収まるように互いに隣接配置することが可能である。この場合、それら隣接配置された磁界検出素子を共通の樹脂モールドにて一体化し、検知モジュールを形成することができる。このようにすると、複数個の磁界検出素子を検知モジュールの形で軸受に一括組み付けでき、組み立て工程を簡略化することができ、また、装置の小形化に寄与する。特に、磁界検出素子として磁電変換素子を採用する場合、その素子出力の信号処理回路（ＩＣで構成できる）も樹脂モールドに組み込むことができ、一層の小形化を図ることができる。該構成においては、例えば前述のホール素子など比較的小型の磁電変換素子を採用することが有利である。
【００１２】
一方、複数の磁界検出素子は、パルサーリング上の着磁領域の配列周期性、ひいてはそれにより形成される検知波形の周期性を利用すれば、必ずしも隣接配置することなく等価な検知波形を得ることができる。具体的には、互いに隣接する第一着磁領域及び第二着磁領域間の角度間隔よりも広い角度間隔にて、パルサーリングの周方向に分散配置することができる。このようにすると、磁界検出素子を隣接配置することがスペース的に難しい場合にも問題なく対応することができ、素子レイアウトに係る設計自由度を大幅に増すことができる。また、磁界検出素子の配置個数を増加させる上でも有利であり、角度検出分解能の更なる向上にも寄与する。
【００１３】
軸受は、外輪が車体側に非回転に取り付けられ、この外輪と同心配置されるとともに車輪取り付け用フランジが周方向に形成されたハブホイールを有し、内輪が該ハブホイールの少なくとも車両インナ側端部の外周面に嵌着され、さらに該内輪又はハブホイールと外輪との間にて周方向に配列する複数の転動体からなる転動体列とを備える車両用ハブユニットとして構成することができる。これにより、本発明の軸受回転検出装置を、車両用（特に自動車用）のＡＢＳ制御やトラクション制御等に適用することが可能となり、例えばＡＢＳ制御に適用した場合は、車輪のロック／回転の検出精度を大幅に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の適用対象の軸受の一例であるハブユニット１を示す断面図である。なお、いずれの図も、左側が車両アウタ側、右側が車両インナ側となっている。図１に示すようにハブユニット１は、二列の軌道を有する固定輪としての外輪２と、外輪２と同心配置されるハブ軸（ハブホイール）３と、一列の軌道を有する回転輪としての内輪４と、複列の転動体列５，５と、冠形保持器１５３，１５３とを備え、上記ハブ軸３の大径外周面３ｂにも一列の軌道を有する構成になっている。
【００１５】
外輪２は、Ｓ５５Ｃ等の機械構造用炭素鋼の熱間鍛造材であり、内周に２列の軌道面を有する筒状の外輪本体部（本体部）２０と、該外輪本体部２０の外周面からラジアル方向に突出する外輪フランジ部２３とを有する。本体部２０のうち、外輪フランジ部２３よりも車両インナ側に突出する部分が車体への取付部をなす外輪インロー部２１とされている。また、外輪フランジ部２３にはアキシャル方向にボルト挿通孔２３ｈが形成されている。
【００１６】
外輪インロー部２１の車両インナ側の外周面２１ａによって、車体側に形成されたボルト挿通孔に対する位置決めを行い、ボルト挿通孔８１ｈ，８２ｈ，２３ｈにボルト２６を挿通することで、外輪２の外輪フランジ部２３の車両インナ側主表面２３ａにスペーサ８１を挟んで車体側のキャリア（ナックル）８２が固定される。これにより、ハブユニット１が車体に対して固定される。そして外輪２を介してタイヤホイール（車輪）６が車体に対して回転自在に支持される。また、外輪２の車両インナ側端部開口２１ｈには、その開口２１ｈを覆うように保護キャップ（キャップ部）が該外輪２と一体回転可能に取り付けられる。
【００１７】
ハブ軸３は、軸心回りに回転する軸部３０と、該軸部３０からラジアル方向に突出する環状の車輪取り付け用フランジ３３とを有して構成され、外輪２と同心に配置される。軸部３０の外周には外輪２が装着されている。軸部３０の車両インナ側端部（小径部）３１の外周面３ａには内輪４が嵌着される。車輪取り付け用フランジ３３は、車輪のタイヤホイール６やブレーキ装置のブレーキディスクロータ７を固定するためのものであり、タイヤホイール（車輪）６とブレーキディスクロータ７とが取り付けられてこれらと一体回転する。
【００１８】
具体的には、車輪取り付け用フランジ３３の主表面３４には、該主表面３４から車両アウタ側へ突出するように、ブレーキディスクロータ７及びタイヤホイール６のラジアル方向の取付位置をガイドするインロー部３２が形成されており、ブレーキディスクロータ７がインロー部３２に当接してブレーキディスクロータ７の車輪取り付け用フランジ３３に対する位置決めがなされ、さらにタイヤホイール６がインロー部３２に当接してタイヤホイール６の車輪取り付け用フランジ３３に対する位置決めがなされる。そして、ハブ軸３の挿通孔３３ｈに挿通された複数本のハブボルトが、ブレーキディスクロータ７及びタイヤホイール６に形成されたそれぞれの取付孔に挿通され、複数個のハブナット３７がそれぞれのハブボルト３６にねじ込まれて、タイヤホイール６がブレーキディスクロータ７とともに、ハブ軸３に固定される。
【００１９】
次に、ハブ１には回転センサ１０が取り付けられている。回転センサ１０は、上記ハブ軸３の回転速度や回転方向などの回転状態を検出するものであり、パルサーリング１１と、検知モジュール１２とを備える。パルサーリング１１は、内輪４の車両インナ側端部４１からアキシャル方向に突設される。センサ（検知体）１２は、外輪２の車両インナ側端部開口２１ｈを覆うように該外輪２と一体回転可能に取り付けられるキャップ部９の内面９ａ側で、パルサーリング１１に対してアキシャル方向に予め定められた検出ギャップＡを介して対向配置されている。
【００２０】
パルサーリング１１は、内輪４の外周面肩部に取り付けられる支持部１１ｂと、この支持部１１ｂに対して取り付けられる環状永久磁石部材１１ａとを有している。環状永久磁石部材１１ａは、図２に示すように、扁平板状リング形態のフェライト系ボンド磁石にて構成され、アキシャル着磁により、着磁極性の互いに異なる第一着磁領域Ｎと第二着磁領域Ｓとを周方向に等間隔にて交互に配列形成したものである。
【００２１】
検知モジュール１２は、図３にて一点鎖線で示すように、該検知モジュール１２のセンタと環状永久磁石部材１１ａの各着磁領域の中心とが一致し、かつパルサーリング１１の環状永久磁石部材１１ａの外面に対して予め定められた検出ギャップＡ（エアーギャップ）を介してアキシャル方向に対向する形で保護キャップ９の内側面９ａに取り付けられており、環状永久磁石部材１１ａの回転状態に対応した電気信号を出力する。この保護キャップ９は外輪２に嵌合固定されたものである。この検知モジュール１２は、検出ギャップＡ内の磁界強度に応じて電気的出力を変化させる磁電変換素子、本実施形態ではホール素子５１，５２と、各ホール素子５１，５２の検知出力を増幅し、その増幅波形を方形波化した後、角度検知用の計数パルスに変換して出力する信号処理出力回路ＩＣとを樹脂モールド１２ｍにより一体化したものである。
【００２２】
図４に示すように、磁界検出素子５１，５２は、いずれも、パルサーリング１１の回転に伴い交互に通過する第一着磁領域Ｎ及び第二着磁領域Ｓが形成する磁界Ｈの変動を、互いに隣接する第一着磁領域Ｎ及び第二着磁領域Ｓの対が繰り返し通過して形成される周期的波形として各々検出する。図５は、検知波形間に周期的波形の１／２波長よりも小さい位相差を生ずる関係にて、パルサーリング１１の周方向にて互いに異なる角度位置に複数、図４の場合にあっては、２個配置されている。以下、第一の磁界検出素子５１を素子１、第二の磁界検出素子５２を素子２ともいう。
【００２３】
上記の磁界検出素子５１，５２は、図５に示すように、方形波化された素子１及び素子２の各検知波形の立上りエッジＵＥ１，ＵＥ２及び立下りエッジＵＤ１，ＵＤ２が、個々の検知波形の一波長区間λを互いに等分割しあう関係となるように、パルサーリング１１の周方向にて互いに異なる角度位置に配置されてなる。具体的には、磁界検出素子５１，５２の配置個数をｎとしたとき、それら磁界検出素子５１，５２は、各検知波形の位相が（１／２ｎ）波長ずつ順次ずれた位置関係となるように配置され、ここではｎ＝２であるから、素子１及び素子２の検知波形の位相は互いに（１／４）λだけずれた関係となるように、磁界検出素子５１，５２の配置間隔が定められている。
【００２４】
図４に示すように、パルサーリング１１の着磁領域は、互いに隣接する第一着磁領域Ｎと第二着磁領域Ｓの組が検知波形１波長（λ）分の回転角度範囲θλに相当する。従って、検知波形の位相が互いに（１／４）λずれるための、磁界検出素子５１，５２の配置間隔の最小値は（１／４）θλであり、１つの着磁領域（Ｎ又はＳ）内に収まるように互いに隣接配置することが可能である。そして、図４においては、磁界検出素子５１，５２の配置間隔をこの最小値に設定することで、それら磁界検出素子５１，５２を共通の樹脂モールド１２ｍにて一体化した構成が実現している。図４の構成で、パルサーリング１１が矢印の方向に回転する場合、素子１の波形が素子２の波形よりも（１／４）λだけ位相が先行する。
【００２５】
従来のごとく、磁界検出素子５１が１個のみである場合、検知波形は図１０のごとき方形波となる。仮に、その波形の立下りエッジのみを計数するように構成した場合、角度検出の分解能は、ＮＳの着磁領域対の長さで定まる前述のθλ程度であり、立上りエッジと立下りエッジとの両方を計数すれば分解能がθλ／２となる。しかし、本発明においては、図４に示すごとく、２つの素子の方形波化された各検知波形の立上りエッジＵＥ１，ＵＥ２と立下りエッジＵＤ１，ＵＤ２の全てを、いずれの検知波形に属するかを区別せず時系列的に互いに混在させた形でその到来順に計数することで、分解能はθλ／４となって従来よりも倍精度化される。
【００２６】
図６は、信号処理出力回路６０の構成例を示すものである。各磁界検出素子５１，５２のアナログ原検知波形は図示しない増幅回路にてそれぞれ増幅される。そして、その増幅された各アナログ原検知波形はシュミットトリガ回路６１，６２によりそれぞれ方形波化され、図中のＡ，Ｂのごとき波形となる。この波形を直接出力し、回転センサが接続される先のシステムでエッジ検出・計数のための信号処理を行なってもよいが、この実施形態では、接続先システムでの信号処理負担を軽減するため、波形Ａ，Ｂの各エッジを、これらに一対一に対応する角度パルス信号に変換して出力するための回路を組み込んである。この回路により、接続先システムで、角度パルスの立下りエッジ入力によりカウントアップするＴラッチ回路等を用いた周知のデジタルカウンタ回路８８等を採用でき、面倒なエッジ検知処理が不要となる。
【００２７】
具体的には、λ／４だけ位相がずれた波形Ａ，Ｂが排他的論理和ゲート５３に入力される。排他的論理和ゲート５３の出力により、両入力波形はＣのごとく、波形Ｂの立上りエッジＵＥ２と波形Ａの立下りエッジＤＥ１とに由来した第一パルスＰと、波形Ｂの立下りエッジＤＥ２と波形Ａの立上りエッジＵＥ１に由来した第二パルスＳとが交互に出現する、周波数の逓倍化されたパルス波形に合成される。その出力は単安定回路６５，６６に一方をインバータ６４によりレベル反転しつつ分配入力される（波形Ｃ，Ｅ）。単安定回路６５は、合成パルス波形Ｃの立上りエッジＤＥ３に対応するパルス波形を出力する（波形Ｄ）。他方、単安定回路６６は、入力のレベルが反転していることで立上りエッジＵＥ３に対応するパルス波形を出力する（波形Ｆ）。そこで、これら波形Ｄ，Ｆを論理和ゲート６７に入力すれば、その出力が目的とする角度パルス波形Ｇとして得られる。
【００２８】
なお、磁界検出素子５１，５２は、パルサーリング１１上の着磁領域Ｎ，Ｓの配列周期性、ひいてはそれにより形成される検知波形の周期性を利用することで、必ずしも隣接配置せずとも、図５と等価な検知波形を得ることができる。例えば、磁界検出素子５１，５２の配置間隔の最小値は前述のごとく（１／４）θλであるが、磁界検出素子５１の位置を基準に考えると、磁界検出素子５２の位置は、波形の周期性から、そこから（１／４）θλ離間した以外にも、図７に実線矢印にて示すごとく、波長の整数倍を加算したθλ＋（１／４）θλ、２θλ＋（１／４）θλ、‥、ｎθλ＋（１／４）θλ（ｎは整数）が可能であり、結果として、隣接する第一着磁領域Ｎ及び第二着磁領域Ｓ間の角度間隔θ１よりも広い角度間隔θ２にて、パルサーリング１１の周方向に分散配置することができる。また、図４の例では、素子１の波形が（１／４）θλだけ進角するように各素子の配置関係が定められていたが、図７に破線で示すように、素子２の波形が（１／４）θλだけ進角するように各素子の配置関係が定めることも可能である。
【００２９】
また、磁界検出素子の個数は２個に限らず、３個以上の複数個とすることも可能であり、個数が増えるほど角度検出の分解能を高めることが可能となる。図８は、４個の磁界検出素子５１，５２，５３を分散配置した例を示すものである。各磁界検出素子子５１，５２，５３は、各検知波形の位相が（１／８）波長ずつ順次ずれた位置関係となるように配置されてなる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の適用対象となるハブユニットの一例を示す断面図。
【図２】パルサーリングを説明する図。
【図３】回転センサの構造を説明する図。
【図４】本発明の要部を模式的に示す斜視図。
【図５】図４の各磁界検出素子の方形波出力を示す波形図。
【図６】図４の構成に対応する信号処理出力回路の一例を、各部の出力波形とともに示す回路図。
【図７】図４の第一変形例を各磁界検出素子の方形波出力とともに示す説明図。
【図８】同じく第二変形例を各磁界検出素子の方形波出力とともに示す説明図。
【図９】従来の軸受回転検出装置の構成を示す斜視図。
【図１０】その磁界検出素子の方形波出力を示す説明図。
【符号の説明】
【００３１】
１  ハブユニット（軸受）
２  外輪
３  ハブ軸（ハブホイール）
４  内輪
５  転動体
６  タイヤホイール
７  ブレーキディスクロータ
１１  パルサーリング
Ｎ  第一着磁領域
Ｓ  第二着磁領域
６０  信号処理出力回路（エッジ計数信号出力手段）
６１，６２  シュミットトリガ回路（波形整形部）
【図１】
2008224440.tif 000003
【図２】
2008224440.tif 000004
【図３】
2008224440.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2008224440.tif 000011
【図１０】
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