(57)【要約】【課題】転がり軸受装置において、回転体の回転状態を高精度に検出する回転検出器の検出信号を無線で外部に送信できるようにする。【解決手段】内輪２の外径側に多数の転動体４を介して外輪３を配置した転がり軸受装置１において、回転する内輪２と非回転とされる外輪３との間に、内輪２の回転状態を検出するためのブラシレスレゾルバ１０が装備されているとともに、このブラシレスレゾルバ１０の検出信号を無線で送信する無線送信機２０が装備されている。ブラシレスレゾルバ１０は、内輪２の回転状態に応じて振幅が無段階に変化する信号を出力し、これらの出力が無線送信機２０で外部の信号処理部４０に対して無線送信される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪との間に多数の転動体を介装した転がり軸受装置であって、
入力励磁電圧を、前記内輪と外輪との相対的な回転状態に応じた誘起電圧に変換して出力する回転検出器と、
前記回転検出器から出力される信号を外部に設けられる信号処理部に対して無線送信する無線送信機とを備えている、転がり軸受装置。
【請求項２】
前記内輪または外輪の回転に伴い電圧を発生し、その電圧を前記回転検出器に対して入力励磁電圧として入力する発電機をさらに備えている、請求項１の転がり軸受装置。
【請求項３】
前記内輪または外輪の回転に伴い電圧を発生し、その電圧を前記回転検出器に対して入力励磁電圧として入力するとともに、前記無線送信機に対してその駆動電圧として供給する発電機をさらに備えている、請求項１の転がり軸受装置。
【請求項４】
前記回転検出器は、前記外輪の内径側と内輪の外径側とのうちの一方に一体的に設けられかつ円周数ヶ所に極歯を有する検出用ステータと、検出用ステータの各極歯に対して適宜巻回される励磁巻線および出力巻線と、前記外輪の内径側と内輪の外径側との他方に一体的に設けられかつ回転に伴い前記検出用ステータの各極歯との間のギャップパーミアンスを変化させる検出用ロータとを含むＶＲ（バリアブル・リラクタンス）タイプのブラシレスレゾルバとされる、請求項１から３のいずれかの転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から転がり軸受に回転検出器を組み込んだものがある。
【０００３】
このような回転検出器には、周知のパッシブタイプ（特許文献１参照）とアクティブタイプ（特許文献２参照）とがあるが、後者の回転検出器のほうが、非回転状態を検出できる点、回転検出精度が高い点で優れている。
【０００４】
上記アクティブタイプの回転検出器は、トーンホイール（別称パルサーリング）と、磁気センサとを含む。トーンホイールは、周方向交互にＮ極とＳ極とを配置した多極磁石からなり、転がり軸受の回転体（内輪または外輪）に対して装着される。磁気センサは、転がり軸受に備える非回転体（外輪または内輪）に対して前記トーンホイールに対向する状態で取り付けられる。
【０００５】
動作としては、回転体と同期回転するトーンホイールの回転に応じて磁気センサからパルス信号を出力するようになっており、このパルス信号を信号処理することにより回転体の回転速度や回転方向などの回転状態を認識するようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
実開平６−４７８６７号公報
【特許文献２】
特開平１１−１７４０６９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記アクティブタイプの回転検出器において、検出精度のさらなる向上を図るには、トーンホイールの磁極それぞれのピッチを小さくすればいいが、このピッチを小さくすることに限界があることが指摘される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の転がり軸受装置は、内輪と外輪との間に多数の転動体を介装したもので、入力励磁電圧を、前記内輪と外輪との相対的な回転状態に応じた誘起電圧に変換して出力する回転検出器と、前記回転検出器から出力される信号を外部に設けられる信号処理部に対して無線送信する無線送信機とを備えている。
【０００９】
この場合、回転検出器が、内輪と外輪のうち回転体となる側が非回転状態でもほぼ一定の振幅の誘起電圧を出力するものであるから、回転体の停止状態を確実に認識できる他、回転体の回転状態に応じて振幅が無段階に変化する誘起電圧を出力するものであるから、回転体の回転状態を従来例に比べて詳細にかつ高精度に把握できるようになる。しかも、回転検出器による検出信号を無線で外部に送信させるようにしているから、回転検出器と外部の信号処理部とを接続する信号線が不要となり、仮に回転検出器と外部の信号処理部とを信号線で接続する場合のように前記信号線が断線するといった不慮の事故が避けられる。
【００１０】
なお、上記無線送信機は、電波、赤外線などの光による伝送、または超音波による伝送を行うものの他、磁気結合による伝送を行うものなど、空間を伝送する信号を用いるものであればよい。
【００１１】
ところで、上記転がり軸受装置は、前記内輪または外輪の回転に伴い電圧を発生し、その電圧を前記回転検出器に対して入力励磁電圧として入力する発電機をさらに備えている。この場合、転がり軸受装置の外部に、回転検出器に対する励磁電圧入力手段を別途設けなくて済む他、回転検出器と発電機との電気的な接続が簡単に行えるようになる。
【００１２】
また、上記転がり軸受装置は、前記内輪または外輪の回転に伴い電圧を発生し、その電圧を前記回転検出器に対して入力励磁電圧として入力するとともに、前記無線送信機に対してその駆動電圧として供給する発電機をさらに備えている。この場合、転がり軸受装置の外部に無線送信機に対する電圧供給手段などを別途設けなくて済む他、回転検出器および無線送信機と発電機との間の電気的な接続が簡単に行えるようになる。
【００１３】
また、上記回転検出器は、前記外輪の内径側と内輪の外径側とのうちの一方に一体的に設けられかつ円周数ヶ所に極歯を有する検出用ステータと、検出用ステータの各極歯に対して適宜巻回される励磁巻線および出力巻線と、前記外輪の内径側と内輪の外径側との他方に一体的に設けられかつ回転に伴い前記検出用ステータの各極歯との間のギャップパーミアンスを変化させる検出用ロータとを含むＶＲ（バリアブル・リラクタンス）タイプのブラシレスレゾルバとすることができる。但し、回転検出器は、上記ＶＲタイプでないブラシレスレゾルバや、ブラシレスシンクロとすることができる。
【００１４】
なお、上記「一体的に」とは、２つの部材を結合固定して同体化したものと、２つの部材を１つの部材にしたものとの両方を含む意味で使用している。
【００１５】
【発明の実施形態】
図１から図３に本発明の実施形態１を示している。図例の転がり軸受装置１は、内輪２と、外輪３と、複数の玉４と、保持器リング５とを備えている。
【００１６】
ここで、内輪２は、図示しない回転軸などの外周に嵌合されることにより回転体とされるものである。外輪３は、図示しないハウジングなどの孔内に嵌合されることにより非回転体とされるものであり、内輪２の外周に対して同心状に配置される。玉４は、保持器リング５に備える複数のポケット内に収納されることで、内・外輪２，３間の環状空間に円周等間隔に介装される。
【００１７】
この実施形態では、転がり軸受装置１に対して、回転検出器としてのブラシレスレゾルバ１０と、無線送信機２０と、交流発電機３０とを組み込んでいる。
【００１８】
ブラシレスレゾルバ１０は、上記内輪２の回転状態（回転角度、回転速度や回転方向など）を検出するもので、ここでは周知のＶＲ（バリアブル・リラクタンス）タイプとされている。このブラシレスレゾルバ１０は、上記内輪２を検出用ロータとして用いているとともに、検出用ステータ１２と、励磁巻線１３、第１出力巻線１４、第２出力巻線１５とを備えている。このブラシレスレゾルバ１０は、この実施形態において１相励磁／２相出力とする場合を例に挙げている。
【００１９】
なお、前記検出用ロータとしての内輪２は、磁性材からなる。この内輪２の外周面肩部は、円周上の所定角度領域に平坦部２ａが設けられているが、その他の外周面は円形である。また、この内輪２の外周面肩部の形状は、その回転に伴ない、下記各極歯１２ａの外周面との間のギャップパーミアンスを変化させる形状であればよいので、上記に限らず、周知の楕円形、おむすび形などとしてもよい。また、前記検出用ロータは、上記内輪２で兼用せず、別個の部材として設けてもよい。
【００２０】
上記検出用ステータ１２は、磁性材からなり、上記外輪３の内周面肩部に圧入などにより嵌合固定される。この検出用ステータ１２の内周の形状は、櫛歯状に形成されている。この検出用ステータ１２の円周数ヶ所に設けられる極歯１２ａに対して、励磁巻線１３、第１出力巻線１４、第２出力巻線１５が適宜巻回され、各極歯１２ａそれぞれの間に設けられる薄肉連結部１２ｂが磁気通路となる。なお、図２に示す側面図では、極歯１２ａの数を８個としているが、図３に示す概略図では、説明を判りやすくするために、極歯１２ａの数を４個としている。この極歯１２ａの最小数は、周方向に９０度ずれた２つとなるが、多くする場合には２の倍数とする必要がある。また、検出用ステータ１２の極歯１２ａの内接円の直径寸法は、内輪２の直径寸法よりも僅かに大きく設定されている。
【００２１】
なお、上記検出用ロータや検出用ステータ１２は、磁気抵抗（リラクタンス）が小さくかつ磁気飽和密度が高い磁性材料、例えば軟磁性材料が好ましい。具体的には、例えば鉄を主成分として含む磁性材料、あるいはニッケルを主成分として含む磁性材料などがあり、積層や単層ケイ素剛板からなるもの、パーマロイ（鉄とニッケルとの合金）、フェライト、ソフトフェライトセラミック、など種々ある。言うまでもないが、上記検出用ロータや検出用ステータ１２の磁性材料としては、上記のようにリラクタンスが小さい材料程、検出用ロータの回転に伴なう検出用ロータと検出用ステータ１２との間におけるギャップパーミアンスの変化が明瞭にあらわれ、その変化に伴なう巻線の誘起電圧（回転状態検出電圧）の発生精度が高まり、回転状態の検出精度の向上に好ましい。
【００２２】
ところで、励磁巻線１３は、ステータ１２のすべての極歯１２ａに対して直列的に巻回されている。第１出力巻線１４と第２出力巻線１５は、誘起電圧分布が各々正弦波分布となるように各極歯１２ａに分布巻きされている。そして、励磁巻線１３に対して正弦波励磁電圧を入力すると、第１出力巻線１４と第２出力巻線１５それぞれからは互いに電気的に９０度位相がずれた波形の２相交流電圧である信号を出力する。例えば、励磁巻線１３への正弦波励磁入力に対して第１出力巻線１４から正弦波信号（ＳＩＮ信号）を、また、第２出力巻線１５からは前記正弦波信号から９０度位相がずれた余弦波信号（ＣＯＳ信号）を出力する。
【００２３】
無線送信機２０は、ブラシレスレゾルバ１０から出力される信号を外部に設けられる信号処理部４０に対して無線送信するものである。この無線送信機２０は、電波、赤外線または超音波による伝送を行うものとされている。なお、信号処理部４０は、周知のＲ／Ｄ（レゾルバ／デジタル）コンバータやＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）などとされるが、無線送信機２０から送信される信号を受信するための受信部４１を有するとともに、この受信部４１で受信した信号に基づいて周知の信号処理を施すことにより、内輪２の回転状態（回転方向、回転角度、回転速度など）を認識するようになっている。なお、上記無線送信機２０は、磁気結合による伝送を行うものとすることも可能であり、その場合には、任意の周波数で励磁する送信コイルなどとされ、信号処理部４０に対して電磁誘導で電圧を発生する受信コイルなどの受信部を設けるようにすればよい。
【００２４】
交流発電機３０は、内輪２の回転に伴い正弦波電圧を発生し、その電圧をブラシレスレゾルバ１０に対して入力励磁電圧として印加するとともに、上記無線送信機２０に対してその駆動電圧として供給するものである。具体的に、この交流発電機３０は、内輪２側に一体的に設けられる発電用ロータ３１と、外輪３側に一体的に設けられる発電用ステータ３２とで構成される。発電用ロータ３１は、内輪２においてブラシレスレゾルバ１０の外側に取り付けられるブラケット３３と、ブラケット３３に装着される鉄芯３４と、この鉄芯３４に対して外径側のみ露出される状態で装着されかつ周方向交互に極性が異なる磁極を有する環状磁石３５とを備えている。発電用ステータ３２は、外輪３においてブラシレスレゾルバ１０の外側に取り付けられるブラケット３６と、ブラケット３６に装着される鉄芯３７と、鉄芯３７に対して内径側のみ露出される状態で巻回される発電コイル３８とを備えている。
【００２５】
なお、上記無線送信機２０は、上記発電用ステータ３２側のブラケット３６の外径側に一体的に取り付けられている。
【００２６】
次に動作を説明する。内輪２が回転すると、交流発電機３０が正弦波電圧を発生し、この交流発電機３０で発生する正弦波電圧を、ブラシレスレゾルバ１０の励磁巻線１３に対して１相交流電圧（入力励磁電圧）として印加する他、無線送信機２０に対してその駆動電圧として供給する。その一方で、前記検出用ロータとしての内輪２の回転に伴い、この内輪２の外周面とブラシレスレゾルバ１０の検出用ステータ１２の各極歯１２ａの内周面との間のギャップパーミアンスが変化するので、この変化に応じて、ブラシレスレゾルバ１０の第１、第２出力巻線１４，１５から振幅が無段階に変化する前記ＳＩＮ信号やＣＯＳ信号を出力し、この信号が無線送信機２０を通じて信号処理部４０の受信部４１に入力される。そして、信号処理部４０では、受信部４１で受信した信号に基づいて、内輪２の回転状態（回転方向、回転角度、回転速度など）を認識する。
【００２７】
以上説明したように、上記転がり軸受装置１では、内輪２の回転状態を従来例のアクティブタイプの回転検出器に比べて高精度に検出できるようになる。また、ブラシレスレゾルバ１０の検出用ロータを前述の内輪２で兼用させているから、構成簡素化、ローコスト化が可能となる。しかも、外輪３の内周面は、研磨などによって高精度に寸法調整されているので、ブラシレスレゾルバ１０の取り付け精度が向上し、ブラシレスレゾルバ１０の検出精度の向上にも貢献する。
【００２８】
また、転がり軸受装置１にブラシレスレゾルバ１０を一体的に組み合わせることにより、以下のような利点がある。すなわち、ブラシレスレゾルバ１０は、ロータとステータとの位置精度（軸振れ、軸方向移動量など）が低いと性能を十分に発揮できないことがあるが、転がり軸受装置１の内輪と外輪の径方向および軸方向の相対位置精度は高精度に管理されているので、本発明のようにロータとステータを内輪と外輪に取り付けまたは一体化した場合は、容易にレゾルバ本来の性能を発揮することができ、回転状態の検出精度を向上できる。一例をあげると、一般的なレゾルバでは、ロータとステータの径方向の振れ精度（軸振れ精度）の許容値は５０μｍ以下、ロータとステータの軸方向許容移動量は±２５０μｍ以下とされているが、図１の実施形態のような深溝型玉軸受では、例えば精度等級が普通級で、内輪内径ｄの呼び寸法が１０ｍｍ〜８０ｍｍのものの場合、径方向の振れ精度（ラジアル内部すきま）がおよそ３μｍ〜３０μｍ、軸方向許容移動量（アキシアル内部すきま）はおよそ０〜２２０μｍであり、レゾルバの取り付け許容精度を十分に満たしている。なお、この値は、転がり軸受単体の精度であり、転がり軸受をハウジングと軸との間に組み込んだ状態ではさらに内部すきまが縮小するので、さらに精度が向上する。
【００２９】
さらに、転がり軸受装置１に無線送信機２０を組み込んでいるから、転がり軸受装置１に装備するブラシレスレゾルバ１０と、転がり軸受装置１の外部に設けられる信号処理部４０とを信号線で接続する必要がなくなり、設備コストを低減できる他、仮にブラシレスレゾルバ１０と外部の信号処理部４０とを信号線で接続する場合のように前記信号線が断線するといった不慮の事故を避けることができる。
【００３０】
また、転がり軸受装置１に交流発電機３０を組み込んでいるから、転がり軸受装置１の外部に、ブラシレスレゾルバ１０に対する励磁電圧入力手段を別途設けなくて済む他、設備コストを低減できる。
【００３１】
また、ブラシレスレゾルバ１０と無線送信機２０と交流発電機３０とを近接配置しているので、ブラシレスレゾルバ１０と無線送信機２０とを、また、ブラシレスレゾルバ１０および無線送信機２０と発電機３０とをそれぞれ電気的に接続する手間も簡単になり、設備コストを低減できる。
【００３２】
以下で、本発明の種々な応用や変形を述べる。
【００３３】
（１）上記実施形態で示した転がり軸受装置１は、転動体としての玉を単列に構成しているが、複列にしてもよい。また、転がり軸受装置１の軸受形式についても、各種の玉軸受、ころ軸受、円すいころ軸受など、いずれであってもよい。
【００３４】
（２）図４に本発明の実施形態２を示している。ここでの転がり軸受装置５０は、複列玉軸受構造になっており、外輪５１と、ハブ軸５２と、内輪５３と、複列の玉５４と、２つの保持器リング５５，５６とを備えている。外輪５１は、図示しない車体などに固定するための径方向外向きのフランジ５１ａが設けられているとともに、内周面に２つの軌道溝が設けられている。ハブ軸５２は、外輪５１の内周に回転可能に挿通されており、図示しない車輪やディスクロータを取り付けるための径方向外向きのフランジ５２ａが設けられているととともに、外輪５１の第１の軌道溝に対して一対となる軌道面が設けられている。内輪５３は、ハブ軸５２の外周面に嵌合されており、外周に外輪５１の第２の軌道溝に対して一対となる軌道溝を有している。玉５４は、外輪５１の２つの軌道溝とハブ軸５２の軌道面および内輪５３の軌道溝との間に２列で介装されている。そして、このような転がり軸受装置５０に対して、上記実施形態１で説明した構成とほぼ同様のブラシレスレゾルバ１０、無線送信機２０、交流発電機３０が組み込まれている。ここでは、ブラシレスレゾルバ１０は、外輪５１の内周面において２つの軌道溝の間の領域に対して配設されていて、無線送信機２０は、外輪５１の車両インナー側端部の内周面に嵌合固定されたシールカバー５７の円筒部外周面における円周所定領域に対して取り付けられ、さらに、交流発電機３０は、シールカバー５７の内部に対して配設されている。詳しくは、ブラシレスレゾルバ１０の検出用ステータ１２は、外輪５１の内周面において軸方向中間の領域に取り付けられており、ブラシレスレゾルバ１０の検出用ロータは、ハブ軸５２で兼用されている。つまり、ハブ軸５２の外周面において前記検出用ステータ１２と径方向で対向する領域には、平坦部５２ａが設けられており、この平坦部５２ａによって外周面が異径とされるハブ軸５２を検出用ロータとして用いているのである。また、交流発電機３０の発電用ステータ３２は、シールカバー５７の円筒部内周面に対して非磁性部材５９を介して嵌合固定されており、交流発電機３０の発電用ロータ３１は、ハブ軸５２の車両インナー側に内輪５３をハブ軸５２に結合するための六角ナット５８の外周に固定されている。この実施形態２においても、ブラシレスレゾルバ１０、無線送信機２０、交流発電機３０の動作は、上記実施形態１と基本的に同様である。なお、実施形態２においても、実施形態１と同様に、ブラシレスレゾルバ１０のロータとステータとの相対位置を高精度に維持することができる。実施形態２は斜接形式の複列玉軸受（アンギュラ複列玉軸受）であるので、通常は予圧を与えて負すきまで使用される。このため、径方向および軸方向ともに移動量は「０」であり、レゾルバの取り付け許容精度を十分に満たしており、ブラシレスレゾルバ１０の回転状態の検出精度が向上する。また、円錐ころ軸受や円筒ころ軸受などの他形式の転がり軸受においても、径方向および軸方向の精度が高精度に管理されているので、ブラシレスレゾルバ１０の回転状態の検出精度が向上する。
【００３５】
（３）ブラシレスレゾルバ１０に備える検出用ステータ１２と検出用ロータの配置関係は、上記各実施形態で説明したものと逆に、検出用ステータ１２を内径側に、また、ロータを外径側に配置することもできる。例えば、上記転がり軸受装置１としては、図示しないが、外輪３を回転させて内輪２を非回転とする場合があるが、その場合には、回転体となる外輪３に対してブラシレスレゾルバ１０の検出用ロータを一体的に取り付けるようにし、非回転体となる内輪２に対してブラシレスレゾルバ１０の検出用ステータ１２を取り付けるようにすればよい。
【００３６】
（４）上記実施形態では、回転検出器として、ＶＲタイプのブラシレスレゾルバを例に挙げたが、その他のタイプのブラシレスレゾルバや、ブラシレスシンクロを用いることができる。
【００３７】
（５）上記各実施形態において、転がり軸受装置１、５０に交流発電機３０を装備していないものも本発明に含まれる。この場合、転がり軸受装置１の外部に励磁電圧入力手段を設ける必要があるが、このように外部からブラシレスレゾルバ１０に対して励磁電圧を印加するようにしていれば、内輪２が停止している状態を検出することができる。つまり、内輪２が停止しているときには、その外周面と検出用ステータ１２の各極歯１２ａの内周面との間のギャップパーミアンスが変化しないので、入力励磁電圧に基づいて第１、第２出力巻線１４，１５からそれぞれほぼ一定の振幅のＳＩＮ信号とＣＯＳ信号を出力する。この信号が上記同様に信号処理部４０の受信部４１に入力されるので、信号処理部４０において内輪２の回転停止状態を認識できるようにすればよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の転がり軸受装置は、回転体の回転状態（停止位置、回転方向、回転角度、回転速度など）を、従来例のアクティブタイプの回転検出器に比べて詳細かつ高精度に認識できるようになるなど、信頼性の向上に貢献できる。
【００３９】
また、回転検出器から転がり軸受装置の外部に配置される信号処理部への信号送信を無線送信機によって無線送信する形態にしているから、前記回転検出器と信号処理部とを接続するための信号線が不要となり、設備コストの低減ならびに信号処理部の配置自由度が増す。
【００４０】
しかも、転がり軸受装置に回転検出器と無線送信機とを装備することによって、それらを電気的に接続する手間を簡単にできて設備コストを低減できる他、仮に回転検出器と外部の信号処理部とを信号線で接続する場合のように前記信号線が断線するといった不慮の事故を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る転がり軸受装置の断面図
【図２】図１の（２）−（２）線断面の矢視図
【図３】図１の転がり軸受装置の構成を概略的に示す図
【図４】本発明の実施形態２に係る転がり軸受装置の断面図
【符号の説明】
１　　転がり軸受装置　　　　２　　内輪（レゾルバの検出用ロータ）
３　　外輪　　　　　　　　　４　　玉
１０　　ブラシレスレゾルバ　１２　　レゾルバの検出用ステータ
１３　　励磁巻線　　　　　　１４　　第１出力巻線
１５　　第２出力巻線　　　　２０　　無線送信機
３０　　交流発電機　　　　　４０　　信号処理部
４１　　受信部
【図１】
2004132477.tif 000003
【図２】
2004132477.tif 000004
【図３】
2004132477.tif 000005
【図４】
2004132477.tif 000006