(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、回転体としての内輪２と非回転体としての外輪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が配設されている。ブラシレスレゾルバ１０は、内輪２が停止しているときにほぼ一定の振幅の信号を出力し、内輪２が回転しているときに、そ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する。【選択図】　図１
2004132474.tif 000002
【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を備えている、転がり軸受装置。
【請求項２】
前記回転検出器は、前記内輪と外輪とのうちの一方側に一体的に設けられるロータと、前記内輪と外輪とのうちの他方側に一体的に設けられるステータと、前記ロータまたはステータに巻回される励磁巻線と、前記ロータおよびステータのいずれかに巻回される出力巻線とを有し、前記励磁巻線に対して励磁電圧を入力することにより前記出力巻線から前記ロータとステータとの間のギャップパーミアンスに応じて誘起される電圧を出力するものである、請求項１の転がり軸受装置。
【請求項３】
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ステータと、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の転がり軸受装置。
【請求項４】
前記内輪が、前記ロータとして兼用されている、請求項３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。
【００１０】
ところで、上記回転検出器は、前記内輪と外輪とのうちの一方側に一体的に設けられるロータと、前記内輪と外輪とのうちの他方側に一体的に設けられるステータと、前記ロータまたはステータに巻回される励磁巻線と、前記ロータおよびステータのいずれかに巻回される出力巻線とを有し、前記励磁巻線に対して励磁電圧を入力することにより前記出力巻線から前記ロータとステータとの間のギャップパーミアンスに応じて誘起される電圧を出力するものとすることができる。この構成は、周知のブラシレスレゾルバまたはブラシレスシンクロを含むようになっている。
【００１１】
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ステータと、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。
【００１２】
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。
【００１３】
また、上記内輪を、前記ロータとして兼用することができる。この場合、構成簡素化、ローコスト化が可能となる。
【００１４】
【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。
【００１５】
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。
【００１６】
この実施形態では、上記転がり軸受装置１に対して回転検出器として周知の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１０を組み込むことにより、上記内輪２の回転状態（回転停止状態、回転角度、回転速度や回転方向など）を検出できるようにしている。
【００１７】
ブラシレスレゾルバ１０は、上記内輪２をロータとして用いているとともに、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。
【００１８】
なお、前記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、前記ロータとしての内輪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。
【００１９】
上記ステータ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、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。
【００２０】
なお、上記ロータやステータ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、このようなレゾルバを構成するロータやステータ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、ロータの回転に伴なうロータとステータ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。
【００２１】
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。
【００２２】
このようなブラシレスレゾルバ１０では、励磁巻線１３に対して１相交流電圧を印加した状態において、内輪２が回転すると、その外周面とステータ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内輪２の平坦部２ａで順次変化することになり、第１、第２出力巻線１４，１５から前記ギャップパーミアンスの変化に応じて振幅が無段階に変化する前記ＳＩＮ信号やＣＯＳ信号を出力し、この信号が信号処理回路２０に入力される。なお、内輪２が停止しているときは、その外周面とステータ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、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。
【００２３】
そして、上記信号処理回路２０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、入力される信号に基づく周知の信号処理により、内輪２の回転状態（停止位置、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。
【００２４】
以上説明したように、転がり軸受装置１にブラシレスレゾルバ１０を組み込んだ構成にしているから、内輪２が停止している非回転状態を確実に検出できる他、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。
【００２５】
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。
【００２６】
以下で、本発明の種々な応用や変形を述べる。
【００２７】
（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。その一例として、図４に本発明の実施形態２を示している。この実施形態２では、ブラシレスレゾルバ１０を付設する対象として複列アンギュラ玉軸受を例に挙げている。この場合、単一の外輪３と、２つの内輪２Ａ，２Ｂと、複数の玉４と、２つの保持器リング５Ａ，５Ｂと、２つのシール６，７とを備えている。外輪３の軸方向に離隔形成される２つの軌道溝３ａ，３ｂの間の領域に、ブラシレスレゾルバ１０のステータ１２を取り付けている。このステータ１２は外輪３に対して圧入により嵌合固定されている。そして、２つの内輪２Ａ，２Ｂにおいて、軸方向で突き合わされる部分の外周にブラシレスレゾルバ１０のロータ１１を配置している。このロータ１１は、外周面の所定角度範囲に平坦部１１ａが設けられている。また、このロータ１１の内周面において軸方向半分の領域１１ｂを第１の内輪２Ａの軸方向内端側に圧入により嵌合固定させていて、ロータ１１の内周面において軸方向半分の領域１１ｃの内径を前記領域１１ｂよりも大径とすることにより当該領域１１ｃを第２の内輪２Ｂに対して非接触にさせている。そして、励磁巻線１３、第１出力巻線１４、第２出力巻線１５は、外輪３の軸方向中央で円周１ヶ所に設けられた貫通孔３ｃから外部に引き出されている。
【００２８】
（２）図５に本発明の実施形態３を示している。ここでの転がり軸受装置３０は、複列玉軸受構造になっており、外輪３１と、ハブ軸３２と、内輪３３と、複列の玉３４と、２つの保持器リング３５，３６とを備えている。外輪３１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３１ａ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３２は、外輪３１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３２ａが設けられているととともに、外輪３１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３３は、ハブ軸３２の外周面に嵌合されており、外周に外輪３１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３４は、外輪３１の２つの軌道溝とハブ軸３１の軌道面および内輪３３の軌道溝との間に２列で介装されている。そして、外輪３１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３７の内部に、上述した構成とほぼ同様のブラシレスレゾルバ１０が配設されている。つまり、ブラシレスレゾルバ１０のステータ１２は、シールカバー３７の円筒部内周面に対して圧入により嵌合固定されており、ブラシレスレゾルバ１０のロータは、ハブ軸３２の車両インナー側に内輪３３をハブ軸３２に結合するための六角ナット３８とされている。この場合、ブラシレスレゾルバ１０によるハブ軸３２の回転状態の検出は、上記実施形態１と基本的に同様である。なお、実施形態２，３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２，３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。
【００２９】
（３）ブラシレスレゾルバ１０に備えるステータ１２と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、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、図１、図４に示した構造とは逆に、回転体となる外輪３に対してブラシレスレゾルバ１０の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のステータ１２を取り付けるようにすればよい。
【００３０】
（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。
【００３１】
【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。
【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の転がり軸受装置をブラシレスレゾルバ側から見た側面図
【図３】図１のブラシレスレゾルバ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
【図５】本発明の実施形態３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（レゾルバのロータを兼用）
３　　外輪　　　　　　　　　４　　玉
１０　　ブラシレスレゾルバ　１２　　ステータ
１３　　励磁巻線　　　　　　１４　　第１出力巻線
１５　　第２出力巻線
【図１】
2004132474.tif 000003
【図２】
2004132474.tif 000004
【図３】
2004132474.tif 000005
【図４】
2004132474.tif 000006
【図５】
2004132474.tif 000007