(57)【要約】【課題】  ポケット隙間に基づく保持器２１ａ、２１ｂの振れや、転動体９ａ、９ｂの径差或は外輪軌道７及び内輪軌道８のうねりに基づく軸受振動に拘らず、上記保持器２１ａ、２１ｂに支持した公転速度エンコーダ２６ａ、２６ｂの回転速度を正確に求める。延ては、外輪１とハブ２との間に加わる荷重を正確に求める。【解決手段】  公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの検出信号を、適応フィルタ或はノッチフィルタ等の変動除去フィルタにより処理してから、上記荷重を求める為の演算器に送る。この構成により、応答遅れを生じないか、僅少に抑えて、この荷重を正確に求められる様にする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に内輪軌道を有する内輪相当部材と、内周面に外輪軌道を有する外輪相当部材と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、これら各転動体を保持した保持器の一部にこの保持器と同心に支持固定されてこの保持器と共に回転する、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、その検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた状態で設けられた回転検出センサと、この回転検出センサから送り出される信号に基づいて、上記各転動体の公転速度に一致する、上記保持器の回転速度を算出する演算器とを備え、この演算器は、上記回転検出センサの検出信号の変動の影響を除去する為の変動除去フィルタを備えており、上記エンコーダの１回転当りの特性が変化する回数を、上記互いに対向する内輪軌道と外輪軌道との間に存在する転動体の数の整数倍とした事を特徴とする転動体の公転速度検出装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２】
エンコーダの１回転当りの特性が変化する回数を、互いに対向する内輪軌道と外輪軌道との間に存在する転動体の数の偶数倍とした、請求項１に記載した転動体の公転速度検出装置付転がり軸受ユニット。
【請求項３】
エンコーダが、被検出面にＳ極とＮ極とを円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置した永久磁石であり、この被検出面１周当りのＳ極とＮ極との合計が、互いに対向する内輪軌道と外輪軌道との間に存在する転動体の数の整数倍である、請求項１〜２の何れかに記載した転動体の公転速度検出装置付転がり軸受ユニット。
【請求項４】
変動除去フィルタが適応フィルタであり、ｎを正の整数とし、Ｚを互いに対向する内輪軌道と外輪軌道との間に存在する転動体の数とし、ｆc をこれら各転動体の公転周波数とした場合に、上記適応フィルタは、これら各転動体の公転速度を表す信号のうちから、公転１次の周波数成分の変動、及び、（ｎ／２）・Ｚ・ｆc で表される周波数成分の変動を除去する機能を有するものである、請求項１〜３の何れかに記載した転動体の公転速度検出装置付転がり軸受ユニット。
【請求項５】
適応フィルタが、ＬＭＳアルゴリズムにより作動するものである、請求項４に記載した回転速度検出装置。
【請求項６】
適応フィルタを、同期式ＬＭＳアルゴリズムにより作動するものとし、この適応フィルタのタップ数をエンコーダ１回転当りのパルス数、及び、このパルス数を転動体の数Ｚで除した数と等しくした、請求項４に記載した回転速度検出装置。
【請求項７】
変動除去フィルタが次数固定型のノッチフィルタである、請求項１〜２の何れかに記載した転動体の公転速度検出装置付転がり軸受ユニット。
【請求項８】
ｎを正の整数とし、Ｚを互いに対向する内輪軌道と外輪軌道との間に存在する転動体の数とし、ｆc をこれら各転動体の公転周波数とした場合に、ノッチフィルタは、これら各転動体の公転速度を表す信号のうちから、公転１次の周波数成分の変動、及び、（ｎ／２）・Ｚ・ｆc で表される周波数成分の変動を除去する機能を有するものである、請求項７に記載した転動体の公転速度検出装置付転がり軸受ユニット。
【請求項９】
車輪を懸架装置に回転自在に支持する為に使用される、請求項１〜８の何れかに記載した転動体の公転速度検出装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１０】
回転検出センサが複数個設けられ、これら複数個の回転検出センサは、少なくとも１個の保持器の回転速度を含む、単一の転がり軸受ユニットの運転時に発生する複数の回転部分の回転速度を測定するものであり、上記複数個の回転検出センサが検出する複数個所の回転速度を表す信号を、内輪相当部材と外輪相当部材との間に加わる荷重を求める為に利用する、請求項１〜９の何れかに記載した転動体の公転速度検出装置付転がり軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る転動体の公転速度検出装置付転がり軸受ユニットは、例えば自動車、鉄道車両、各種搬送車等の移動体の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットの改良に関し、この転がり軸受ユニットを構成する転動体の公転速度、更にはこの転がり軸受ユニットに負荷される荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）を測定し、上記移動体の運行の安定性確保を図る為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車の車輪は懸架装置に対し、複列アンギュラ型の転がり軸受ユニットにより回転自在に支持する。又、自動車の走行安定性を確保する為に、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）、更にはビークルスタビリティコントロールシステム（ＶＳＣ）等の車両用走行安定装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定装置を制御する為には、車輪の回転速度、車体に加わる各方向の加速度等を表わす信号が必要になる。そして、より高度の制御を行なう為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニットに加わる荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）の大きさを知る事が好ましい場合がある。
【０００３】
この様な事情に鑑みて、特許文献１には、ラジアル荷重を測定自在な、荷重測定装置付転がり軸受ユニットが記載されている。この従来の第１例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、ラジアル荷重を測定するもので、図１７に示す様に構成している。懸架装置に支持される、静止輪である外輪１の内径側に、車輪を結合固定する、回転輪であるハブ２を支持している。このハブ２は、車輪を固定する為の回転側フランジ３をその外端部（車両への組み付け状態で幅方向外側となる端部）に有するハブ本体４と、このハブ本体４の内端部（車両への組み付け状態で幅方向中央側となる端部）に外嵌されてナット５により抑え付けられた内輪６とを備える。そして、上記外輪１の内周面に形成した、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道７、７と、上記ハブ２の外周面に形成した、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道８、８との間に、それぞれ複数個ずつの転動体９ａ、９ｂを配置して、上記外輪１の内径側での上記ハブ２の回転を自在としている。
【０００４】
上記外輪１の軸方向中間部で複列の外輪軌道７、７の間部分に、この外輪１を直径方向に貫通する取付孔１０を、この外輪１の上端部にほぼ鉛直方向に形成している。そして、この取付孔１０内に、荷重測定用のセンサである、円杆状（棒状）の変位センサ１１を装着している。この変位センサ１１は非接触式で、先端面（下端面）に設けた検出面は、ハブ２の軸方向中間部に外嵌固定したセンサリング１２の外周面に近接対向させている。上記変位センサ１１は、上記検出面と上記センサリング１２の外周面との距離が変化した場合に、その変化量に対応した信号を出力する。
【０００５】
上述の様に構成する従来の荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、上記変位センサ１１の検出信号に基づいて、転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める事ができる。即ち、車両の懸架装置に支持した上記外輪１は、この車両の重量により下方に押されるのに対して、車輪を支持固定したハブ２は、そのままの位置に止まろうとする。この為、上記重量が嵩む程、上記外輪１やハブ２、並びに転動体９ａ、９ｂの弾性変形に基づいて、これら外輪１の中心とハブ２の中心とのずれが大きくなる。そして、この外輪１の上端部に設けた、上記変位センサ１１の検出面と上記センサリング１２の外周面との距離は、上記重量が嵩む程短くなる。そこで、上記変位センサ１１の検出信号を制御器に送れば、予め実験等により求めた関係式或はマップ等から、当該変位センサ１１を組み込んだ転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を求める事ができる。この様にして求めた、各転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重に基づいて、ＡＢＳを適正に制御する他、積載状態の不良を運転者に知らせる。
【０００６】
尚、図１７に示した従来構造は、上記転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重に加えて、上記ハブ２の回転速度も検出自在としている。この為に、前記内輪６の内端部に回転速度検出用エンコーダ１３を外嵌固定すると共に、上記外輪１の内端開口部に被着したカバー１４に回転速度検出用センサ１５を支持している。そして、この回転速度検出用センサ１５の検知部を、上記回転速度検出用エンコーダ１３の被検出部に、検出隙間を介して対向させている。
【０００７】
上述の様な回転速度検出装置を組み込んだ転がり軸受ユニットの使用時、車輪を固定したハブ２と共に上記回転速度検出用エンコーダ１３が回転し、この回転速度検出用エンコーダ１３の被検知部が上記回転速度検出用センサ１５の検知部の近傍を走行すると、この回転速度検出用センサ１５の出力が変化する。この様にして回転速度検出用センサ１５の出力が変化する周波数は、上記車輪の回転数に比例する。従って、この回転速度検出用センサ１５の出力信号を図示しない制御器に送れば、ＡＢＳやＴＣＳを適切に制御できる。  
【０００８】
上述の様な従来構造の第１例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を測定する為のものであるが、転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を測定する構造も、特許文献２等に記載されて、従来から知られている。図１８は、この特許文献２に記載された、アキシアル荷重を測定する為の荷重測定装置付転がり軸受ユニットを示している。この従来構造の第２例の場合、回転輪であるハブ２ａの外端部外周面に、車輪を支持する為の回転側フランジ３ａを固設している。又、静止輪である外輪１ａの外周面に、この外輪１ａを懸架装置を構成するナックル１６に支持固定する為の、固定側フランジ１７を固設している。そして、上記外輪１ａの内周面に形成した複列の外輪軌道７、７と、上記ハブ２ａの外周面に形成した複列の内輪軌道８、８との間に、それぞれ複数個ずつの転動体９ａ、９ｂを転動自在に設ける事により、上記外輪１ａの内径側に上記ハブ２ａを回転自在に支持している。
【０００９】
更に、上記固定側フランジ１７の内側面複数個所で、この固定側フランジ１７を上記ナックル１６に結合する為のボルト１８を螺合する為のねじ孔１９を囲む部分に、それぞれ荷重センサ２０を添設している。上記外輪１ａを上記ナックル１６に支持固定した状態でこれら各荷重センサ２０は、このナックル１６の外側面と上記固定側フランジ１７の内側面との間で挟持される。
【００１０】
この様な従来構造の第２例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、図示しない車輪と上記ナックル１６との間にアキシアル荷重が加わると、上記ナックル１６の外側面と上記固定側フランジ１７の内側面とが、上記各荷重センサ２０を、軸方向両面から強く押し付け合う。従って、これら各荷重センサ２０の測定値を合計する事で、上記車輪と上記ナックル１６との間に加わるアキシアル荷重を求める事ができる。又、図示はしないが、特許文献３には、一部の剛性を低くした外輪相当部材の振動周波数から転動体の公転速度を求め、更に、転がり軸受に加わるアキシアル荷重を測定する方法が記載されている。
【００１１】
前述の図１７に示した従来構造の第１例の場合、変位センサ１１により、外輪１とハブ２との径方向に関する変位を測定する事で、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を測定する。但し、この径方向に関する変位量は僅かである為、この荷重を精度良く求める為には、上記変位センサ１１として、高精度のものを使用する必要がある。高精度の非接触式センサは高価である為、荷重測定装置付転がり軸受ユニット全体としてコストが嵩む事が避けられない。
【００１２】
又、上述の図１８に示した従来構造の第２例の場合、ナックル１６に対し外輪１ａを支持固定する為のボルト１８と同数だけ、荷重センサ２０を設ける必要がある。この為、荷重センサ２０自体が高価である事と相まって、転がり軸受ユニットの荷重測定装置全体としてのコストが相当に嵩む事が避けられない。又、特許文献３に記載された方法は、外輪相当部材の一部の剛性を低くする必要があり、この外輪相当部材の耐久性確保が難しくなる可能性がある。
【００１３】
この様な事情に鑑みて本発明者等は先に、複列アンギュラ型玉軸受である転がり軸受ユニットを構成する１対の列の転動体（玉）の公転速度に基づいて、この転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を測定する、転がり軸受ユニットの荷重測定装置に関する発明を行なった（特願２００３−１７１７１５号、１７２４８３号）。この先発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、上記各列の転動体の公転速度を求めるのに、これら各列の転動体を保持した保持器の回転速度を検出する事が、この公転速度を高分解能で求める面から有効である。但し、上記各列の転動体の転動面と、各列の保持器のポケットの内面との間には、これら各転動体の転動を許容すると共に、これら各転動体の転動面へのグリースの付着を許容する為の隙間（ポケット隙間）が存在する為、上記各保持器は、回転に伴って径方向に変位しつつ回転する、振れ回りを生じる可能性がある。そして、この様な振れ回りが発生すると、上記各列の転動体の公転中心と上記各列の保持器の回転中心とがずれ、これら各列の保持器の回転速度、延いては上記各列の転動体の公転速度を正確に測定できなくなる。
【００１４】
又、上記各保持器は、上記ポケット隙間に基づいて公転１次成分の周波数で変位するだけでなく、前記各転動体９ａ、９ｂの径差や前記各外輪軌道７、７及び前記各内輪軌道８、８のうねり等に基づいて、より高次の周波数でも変位する。この様な径差等に基づく変位は、１／２分数次振動と呼ばれる振動現象で、ｎを正の整数とし、Ｚを互いに対向する内輪軌道８と外輪軌道７との間に存在する転動体９ａ、９ａ（又は９ｂ、９ｂ）の数とし、ｆc をこれら各転動体９ａ、９ａ（又は９ｂ、９ｂ）の公転周波数とした場合に、（ｎ／２）・Ｚ・ｆc で表される周波数成分となる。例えば、上記各転動体９ａ、９ａ（又は９ｂ、９ｂ）の数Ｚを９個とした場合に上記保持器は、上記振動現象に基づき、公転４．５次、公転９次の周波数で径方向に変位する。この様な振動現象に基づく径方向の変位は、上記ポケット隙間に基づく公転１次成分の変位よりも小さく、且つ高周波であるが、例えば移動体の運行の安定性確保を高次元で図る場合には問題となる。即ち、上記径方向の変位に基づく公転速度の誤差を補正しないと、上記運行の安定性確保を高次元で図れない。又、例えば上記公転４．５次の周波数での径方向変位は、公転１次成分よりも高周波とは言え、未だ低い周波数である為、ローパスフィルタで除去する場合には、無視できない程の応答遅れが生じる。
【００１５】
上述の様な原因のうち、上記公転１次成分の振れに基づく回転速度検出の精度悪化を防止する為には、エンコーダの径方向反対側２個所位置に配置した１対の回転検出センサの検出信号を足し合わせる事で、上記両中心のずれによる影響をなくす事も考えられる。但し、この場合には回転検出センサが２個必要になって、その分、コスト並びに設置スペースが嵩む原因となる為、採用が難しくなる場合も考えられる。又、この様な方法では、上記振動現象による、（ｎ／２）・Ｚ・ｆc で表される周波数成分に基づく誤差を補正する事はできない。
【００１６】
比較的低周波の雑音成分を除去する為の技術として、非特許文献１に記載された、ＬＭＳアルゴリズムにより作動する適応フィルタが知られている。又、適応フィルタの概要に関しては、非特許文献２〜４等で、従来から知られている。又、適応フィルタの一種である同期式適応フィルタに関しても、例えば非特許文献５に記載される等により、従来から知られている。更に、同期式ＬＭＳアルゴリズムによりエンジンの振動を抑える技術が、非特許文献６に記載される等により、従来から知られている。但し、従来は、上述の様な適応フィルタは、低周波騒音と逆位相の音波を発する事でこの低周波騒音を低減する、所謂アクティブノイズコントロールを中心に使用していた。即ち、従来は上記適応フィルタを、空調機のダクトから室内に出る低周波騒音を低減したり、或は乗用車の室内に入り込む低周波の排気音或は走行音、更にはヘッドホンの外から入り込む低周波の外部騒音を低減する等、低周波騒音の低減にしか使用されていなかった。非特許文献６に記載された技術にしても、エンジンの振動抑制を目的としたものである。言い換えれば、上記非特許文献１に記載される等により従来から知られている適応フィルタの技術を、エンコーダの振れ回り運動に拘らず、このエンコーダを利用した回転速度検出の精度を向上させる事は、全く考えられていなかった。
【００１７】
又、比較的低周波の雑音成分を、大きな応答遅れを生じる事なく除去する為の技術としてノッチフィルタも知られている。但し、この様なノッチフィルタを転動体の公転と共に回転する保持器の回転速度検出の為のセンサの信号中に含まれる雑音成分の除去に利用する事は、従来考えられていなかったし、従来から知られているノッチフィルタを、そのまま転動体の公転速度を求める為に利用しても、データ処理を行なえなくなる。
【００１８】
【特許文献１】特開２００１−２１５７７号公報
【特許文献２】特開平３−２０９０１６号公報
【特許文献３】特公昭６２−３３６５号公報
【非特許文献１】浜田晴夫、「アダプティブフィルタの基礎（その２）」、日本音響学会誌、４５巻、９号、（社）日本音響学会、１９８９年、ｐ．７３１−７３８
【非特許文献２】中央大学電気電子情報通信工学科趙研究室、「適応フィルタとは」、［ｏｎｌｉｎｅ」、［平成１５年８月２９日検索］、インターネット、＜ＵＲＬ：http://www.elect.chuo-u.ac.jp/chao/forB3/dsp/volterra/filter.html ＞
【非特許文献３】The MathWorks,Inc.、「適応フィルタの概要とアプリケーション」、［ｏｎｌｉｎｅ」、［平成１５年８月２９日検索］、インターネット、＜ＵＲＬ：http://www.mathworks.ch/access/helpdesk/jhelp/toolbox/filterdesign/adaptiv2.shtml ＞
【非特許文献４】The MathWorks,Inc.、「ＬＭＳアルゴリズムを使用する適応フィルタの例題」、［ｏｎｌｉｎｅ」、［平成１５年８月２９日検索］、インターネット、＜ＵＲＬ：http://www.mathworks.ch/access/helpdesk/jhelp/toolbox/filterdesign/adaptiv9.shtml ＞
【非特許文献５】浜田晴夫、外３名、「同期式適応フィルタとそのアクティブ騒音・振動制御への応用」、日本音響学会講演論文集、３−５−１３、（社）日本音響学会、平成４年３月、ｐ．５１５〜５１６
【非特許文献６】佐藤茂樹、外４名、「アクティブマウントの開発」、自動車技術、（社）自動車技術会、Ｖｏｌ．５３、Ｎｏ．２、１９９９年２月、ｐ．６２〜６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上述の様な事情に鑑みて本発明は、適応フィルタ、ノッチフィルタ等の、検出信号の変動の影響を除去する為の変動除去フィルタの技術を、複数個の転動体の公転速度に一致する、保持器の回転速度を検出する為の回転検出センサ（公転速度検出用センサ）の検出信号中に含まれる雑音成分を除去する為に利用する事を意図する。同時に、エンコーダの特性変化の回数と転動体の数との関係を適正にする事により、複雑な構成を採用する事なく、データ処理を確実に行なえる様にする事を意図している。これらにより、低コストで構成できて、耐久性や設置スペースに問題を生じる事がなく、しかも回転部材の回転速度を、制御の為に必要とされる精度を確保しつつ測定できる、転動体の公転速度検出装置付転がり軸受ユニットを実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の転動体の公転速度検出装置付転がり軸受ユニットは、内輪相当部材と、外輪相当部材と、複数個の転動体と、エンコーダと、回転検出センサと、演算器とを備える。
このうちの内輪相当部材は、外周面に内輪軌道を有する。
又、上記外輪相当部材は、内周面に外輪軌道を有する。
又、上記各転動体は、この外輪軌道と上記内輪軌道との間に転動自在に設けられている。
又、上記エンコーダは、上記各転動体を保持した保持器の一部にこの保持器と同心に支持固定されてこの保持器と共に回転するもので、特性を円周方向に関して交互に変化させている。
又、上記回転検出センサは、その検出部を上記エンコーダの被検出面に対向させた状態で設けられている。
又、上記演算器は、上記回転検出センサから送り出される信号に基づいて上記回転輪の回転速度を算出するものである。
そして、上記演算器は、上記回転検出センサの検出信号の変動の影響を除去する為の変動除去フィルタを備えている。
更に、上記エンコーダの１回転当りの特性が変化する回数を、上記互いに対向する内輪軌道と外輪軌道との間に存在する転動体の数の整数倍としている。
【発明の効果】
【００２１】
上述の様に構成する本発明の転動体の公転速度検出装置付転がり軸受ユニットは、ポケット隙間に基づき、或は各転動体の径差、更には内輪軌道及び外輪軌道のうねり等に基づき、保持器に回転（公転）１次成分の振動や、（ｎ／２）・Ｚ・ｆc で表される周波数成分の振動が発生し、これらの振動に基づいて回転検出センサの検出信号中に変動が生じても、この変動をキャンセルできる。この為、上記保持器の回転速度、延てはこの回転速度に基づき各種状態を正確に把握して、迅速且つ適正な処置を行なえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、エンコーダの１回転当りの特性が変化する回数を、互いに対向する内輪軌道と外輪軌道との間に存在する転動体の数の偶数倍とする。
この様にすれば、ノッチフィルタを使用して、転動体の数（Ｚ）の１／２に比例する次数（ｎ・Ｚ／２次）の周波数の振動を除去する事ができる。
【００２３】
又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項３に記載した様に、エンコーダを、被検出面にＳ極とＮ極とを円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置した永久磁石とする。そして、上記被検出面１周当りのＳ極とＮ極との合計を、互いに対向する内輪軌道と外輪軌道との間に存在する転動体の数の整数倍とする。
永久磁石製のエンコーダを使用すれば、回転検出センサとして簡単な構造のものを使用し、しかも、低回転時から保持器の回転速度を正確に求める事ができる。
【００２４】
又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項４に記載した様に、変動除去フィルタを適応フィルタとする。そして、ｎを正の整数とし、Ｚを互いに対向する内輪軌道と外輪軌道との間に存在する転動体の数とし、ｆc をこれら各転動体の公転周波数とした場合に、上記適応フィルタは、これら各転動体の公転速度を表す信号のうちから、公転１次の周波数成分の変動、及び、（ｎ／２）・Ｚ・ｆc で表される周波数成分の変動を除去する機能を有するものとする。
この様な機能を有する適応フィルタを使用すれば、保持器に発生する、転動体の径差等に基づく、（ｎ／２）・Ｚ・ｆc で表される周波数成分の振動に基づく回転検出センサの出力変動を除去できる。勿論、上記適応フィルタにより、ポケット隙間の存在に基づく、回転（公転）１次成分の振動に基づく回転検出センサの出力変動も抑えられる。
【００２５】
この場合に好ましくは、請求項５に記載した様に、上記適応フィルタを、ＬＭＳアルゴリズムにより作動するものとする。
或は、請求項６に記載した様に、上記適応フィルタを、同期式ＬＭＳアルゴリズムにより作動するものとし、この適応フィルタの（複数種類の変動を抑える為の複数の）タップ数を、エンコーダ１回転当りのパルス数、及び、このパルス数を転動体の数Ｚで除した数と等しくする。
この様にすれば、公転１次成分、公転Ｚ／２次成分、公転Ｚ次成分等の低周波の振動に基づく回転検出センサの出力変動を、時間的遅れを生じる事なく除去できる。
又、上記請求項６に係る発明の様な構成を採用すれば、エンコーダの１パルス毎に回転検出センサの検出信号に関して必要とする演算処理の回数を大幅に低減して、計算速度が特に速くない、低コストの演算器（ＣＰＵ）での処理が十分に可能になる。
【００２６】
又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項７に記載した様に、変動除去フィルタを、次数固定型のノッチフィルタとする。
この様なノッチフィルタを使用した場合、上記適応フィルタを使用した場合の様に、低周波の振動に基づく回転検出センサの出力変動を除去する為の処理に基づき、全く時間的遅れを生じない様にはできないが、この時間的遅れを、各種制御の為に問題が生じない程度の僅少に抑える事ができる。
この為、比較的低コストで、実用的な、各種制御装置を構成できる。
【００２７】
上述の様な請求項７に係る発明を実施する場合に好ましくは、請求項８に記載した様に、ｎを正の整数とし、Ｚを互いに対向する内輪軌道と外輪軌道との間に存在する転動体の数とし、ｆc をこれら各転動体の公転周波数とした場合に、ノッチフィルタは、これら各転動体の公転速度を表す信号のうちから、公転１次の周波数成分の変動、及び、（ｎ／２）・Ｚ・ｆc で表される周波数成分の変動を除去する機能を有するものとする。
この様な機能を有するノッチフィルタを使用すれば、保持器に発生する、転動体の径差や内輪、外輪各軌道のうねり等に基づく、（ｎ／２）・Ｚ・ｆc で表される周波数成分の振動に基づく回転検出センサの出力変動を除去できる。勿論、上記ノッチフィルタにより、ポケット隙間の存在に基づく、回転一次成分の振動に基づく回転検出センサの出力変動も抑えられる。
【００２８】
又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項９に記載した様に、転がり軸受ユニットを、車輪を懸架装置に回転自在に支持する為に使用する。即ち、外輪相当部材と内輪相当部材とのうちの一方の軌道輪（回転輪）に上記車輪を支持固定し、他方の軌道輪（静止輪）を上記懸架装置に固定する。
そして、好ましくは請求項１０に記載した様に、回転検出センサを複数個設ける。又、これら複数個の回転検出センサは、少なくとも１個の保持器の回転速度を含む、単一の転がり軸受ユニットの運転時に発生する複数の回転部分の回転速度を測定するものとする。そして、上記複数個の回転検出センサが検出する複数個所の回転速度を表す信号を、内輪相当部材と外輪相当部材との間に加わる荷重を求める為に利用する。
この様な構造で本発明を実施すれば、上記車輪に加わる荷重を求めて、車両の走行安定性確保の為の制御に利用できる。
【実施例１】
【００２９】
図１〜５は、本発明の実施例１を示している。本実施例は、自動車の従動輪（ＦＲ車、ＲＲ車、ＭＤ車の前輪、ＦＦ車の後輪）を支持する為の転がり軸受ユニットに加わる荷重（ラジアル荷重及びアキシアル荷重）を測定する転がり軸受ユニットの荷重測定装置に、本発明を適用した場合に就いて示している。この転がり軸受ユニット自体の構成及び作用は、前述の図１７に示した従来構造と同様であるから、同等部分には同一符号を付して重複する説明を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。
【００３０】
回転輪であるハブ２の外周面に形成した、それぞれが回転側軌道である複列アンギュラ型の内輪軌道８、８と、静止輪である外輪１の内周面に形成した、それぞれが静止側軌道である複列アンギュラ型の外輪軌道７、７との間に、それぞれ転動体（玉）９ａ、９ｂを複列（２列）に分けて、各列毎にそれぞれ複数個ずつ、保持器２１ａ、２１ｂにより保持した状態で転動自在に設ける事により、上記外輪１の内径側に上記ハブ２を、回転自在に支持している。この状態で上記各列の転動体９ａ、９ｂには、互いに逆方向で、且つ、同じ大きさの接触角αa 、αb （図２参照）が付与されて、背面組み合わせ型の、複列アンギュラ型玉軸受を構成する。上記各列の転動体９ａ、９ｂには、使用時に加わるアキシアル荷重によって喪失する事がない程度に十分な予圧を付与している。この様な転がり軸受ユニットの使用時には、上記外輪１を懸架装置に支持固定し、上記ハブ２の回転側フランジ３に制動用のディスクと車輪のホイールとを支持固定する。
【００３１】
上述の様な転がり軸受ユニットを構成する上記外輪１の軸方向中間部で上記複列の外輪軌道７、７の間部分に取付孔１０ａを、この外輪１を径方向に貫通する状態で形成している。そして、この取付孔１０ａにセンサユニット２２を、上記外輪１の径方向外方から内方に挿通し、このセンサユニット２２の先端部２３を、上記外輪１の内周面から突出させている。この先端部２３には、それぞれが回転検出センサである１対の公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂと、１個の回転速度検出用センサ１５ａとを設けている。
【００３２】
このうちの各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂは、上記複列に配置された転動体９ａ、９ｂの公転速度を測定する為のもので、上記先端部２３のうち、上記ハブ２の軸方向（図１〜２の左右方向）に関する両側面に、それぞれの検出面を配置している。本実施例の場合、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂは、上記複列に配置された各転動体９ａ、９ｂの公転速度を、前記各保持器２１ａ、２１ｂの回転速度として検出する。この為に本実施例の場合には、これら各保持器２１ａ、２１ｂを構成するリム部２５、２５を、互いに対向する側に配置している。そして、これら各リム部２５、２５の互いに対向する面に、それぞれが円輪状である公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂを、全周に亙り添着支持している。これら各エンコーダ２６ａ、２６ｂの被検出面の特性は、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させて、上記各保持器２１ａ、２１ｂの回転速度を上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂにより検出自在としている。
【００３３】
この為に、これら各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの検出面を、上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂの被検出面である、互いに対向する面に近接対向させている。尚、これら各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂの被検出面と上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの検出面との距離（検出隙間）は、上記各保持器２１ａ、２１ｂのポケットの内面と上記各転動体９ａ、９ｂの転動面との間の隙間であるポケット隙間よりも大きく、２mm以下とする事が好ましい。上記検出隙間がポケット隙間以下になると、上記各保持器２１ａ、２１ｂがこのポケット隙間分変位した場合に、上記被検出面と上記検出面とが擦れ合う可能性を生じる為、好ましくない。反対に、上記検出隙間が２mmを越えると、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂにより上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂの回転を正確に測定する事が難しくなる。
【００３４】
一方、前記回転速度検出用センサ１５ａは、回転輪である前記ハブ２の回転速度を測定する為のもので、上記先端部２３の先端面、即ち、上記外輪１の径方向内端面に、その検出面を配置している。又、上記ハブ２の中間部で前記複列の内輪軌道８、８同士の間に、円筒状の回転速度検出用エンコーダ１３ａを外嵌固定している。上記回転速度検出用センサ１５ａの検出面は、この回転速度検出用エンコーダ１３ａの被検出面である、外周面に対向させている。この回転速度検出用エンコーダ１３ａの被検出面の特性は、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させて、上記ハブ２の回転速度を上記回転速度検出用センサ１５ａにより検出自在としている。上記回転速度検出用エンコーダ１３ａの外周面と上記回転速度検出用センサ１５ａの検出面との間の測定隙間に関しても、２mm以下に抑える。
【００３５】
尚、上記各エンコーダ２６ａ、２６ｂ、１３ａとしては、従来からＡＢＳやＴＣＳの制御用の信号を得るべく、車輪の回転速度を検出する為に利用していた各種構造のものを使用できる。例えば、上記各エンコーダ２６ａ、２６ｂ、１３ａとして、被検出面（側面又は外周面）にＮ極とＳ極とを交互に且つ等間隔に配置した、多極磁石製のものが、好ましく使用できる。但し、単なる磁性材製のエンコーダや、光学的特性を円周方向に亙って交互に且つ等間隔に変化させたものも、（光学式の回転速度検出用センサと組み合わせる事で）使用可能である。
【００３６】
本実施例の場合には、上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂとして、被検出面である軸方向側面にＳ極とＮ極とを交互に且つ等間隔で配置した、円輪状の永久磁石を使用している。この様な各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂは、別途造られた上記各保持器２１ａ、２１ｂのリム部２５、２５の側面に接着により結合固定したり、或はこれら各保持器２１ａ、２１ｂを射出成形する際にキャビティ内に上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂをセットしておく事で、インサート成形する。何れの方法を採用するかは、コスト及び要求される結合強度等に応じて選択する。
【００３７】
又、何れも回転速度を検出するセンサである、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂ及び上記回転速度検出用センサ１５ａとしては、磁気式の回転速度検出用センサが、好ましく使用できる。又、この磁気式の回転速度検出用センサとしては、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗素子（ＭＲ素子、ＧＭＲ素子）、ＭＩ素子等の磁気検出素子を組み込んだアクティブ型のものが、好ましく使用できる。この様な磁気検出素子を組み込んだアクティブ型の回転速度検出用センサを構成するには、例えば、この磁気検出素子の一側面を、直接又は磁性材製のステータを介して永久磁石の着磁方向一端面に突き当て（磁性材製のエンコーダを使用する場合）、上記磁気検出素子の他側面を、直接又は磁性材製のステータを介して、上記各エンコーダ２６ａ、２６ｂ、１３ａの被検出面に対向させる。尚、本実施例の場合、永久磁石製のエンコーダを使用するので、センサ側の永久磁石は不要である。
【００３８】
本実施例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、上記各センサ２４ａ、２４ｂ、１５ａの検出信号は、図示しない演算器に入力する。そして、この演算器が、これら各センサ２４ａ、２４ｂ、１５ａから送り込まれる検出信号に基づいて、前記外輪１と前記ハブ２との間に加わるラジアル荷重とアキシアル荷重とのうちの一方又は双方の荷重を算出する。例えば、このラジアル荷重を求める場合に上記演算器は、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の和を求め、この和と、上記回転速度検出用センサ１５ａが検出する上記ハブ２の回転速度との比に基づいて、上記ラジアル荷重を算出する。又、上記アキシアル荷重は、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の差を求め、この差と、上記回転速度検出用センサ１５ａが検出する上記ハブ２の回転速度との比に基づいて算出する。この点に就いて、図４を参照しつつ説明する。尚、以下の説明は、アキシアル荷重Ｆa が加わらない状態での、上記各列の転動体９ａ、９ｂの接触角αa 、αb が互いに同じであるとして行なう。
【００３９】
図４は、前述の図１に示した車輪支持用の転がり軸受ユニットを模式化し、荷重の作用状態を示したものである。複列の内輪軌道８、８と複列の外輪軌道７、７との間に複列に配置された転動体９ａ、９ｂには予圧Ｆ0 、Ｆ0 を付与している。又、使用時に上記転がり軸受ユニットには、車体の重量等により、ラジアル荷重Ｆr が加わる。更に、旋回走行時に加わる遠心力等により、アキシアル荷重Ｆa が加わる。これら予圧Ｆ0 、Ｆ0 、ラジアル荷重Ｆr 、アキシアル荷重Ｆa は、何れも上記各転動体９ａ、９ｂの接触角α（αa 、αb ）に影響を及ぼす。そして、この接触角αa 、αb が変化すると、これら各転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎc が変化する。これら各転動体９ａ、９ｂのピッチ円直径をＤとし、これら各転動体９ａ、９ｂの直径をｄとし、上記各内輪軌道８、８を設けたハブ２の回転速度をｎi とし、上記各外輪軌道７、７を設けた外輪１の回転速度をｎo とすると、上記公転速度ｎc は、次の（１）式で表される。
ｎc ＝｛１−（ｄ・cosα／Ｄ）・（ｎi ／２）｝＋｛１＋（ｄ・cosα／Ｄ）・（ｎo ／２）｝  −−−  （１）
【００４０】
この（１）式から明らかな通り、上記各転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎc は、これら各転動体９ａ、９ｂの接触角α（αa 、αb ）の変化に応じて変化するが、この接触角αa 、αb は、上記ラジアル荷重Ｆr 及び上記アキシアル荷重Ｆa に応じて変化する。従って上記公転速度ｎc は、これらラジアル荷重Ｆr 及びアキシアル荷重Ｆa に応じて変化する。本実施例の場合、上記ハブ２が回転し、上記外輪１が回転しない為、具体的には、上記ラジアル荷重Ｆr に関しては、大きくなる程上記公転速度ｎc が遅くなる。又、アキシアル荷重Ｆa に関しては、このアキシアル荷重Ｆa を支承する列の公転速度ｎc が早くなり、このアキシアル荷重Ｆa を支承しない列の公転速度ｎc が遅くなる。従って、この公転速度ｎc に基づいて、上記ラジアル荷重Ｆr 及びアキシアル荷重Ｆa を求められる事になる。
【００４１】
但し、上記公転速度ｎc の変化に結び付く上記接触角αは、上記ラジアル荷重Ｆr と上記アキシアル荷重Ｆa とが互いに関連しつつ変化するだけでなく、上記予圧Ｆ0 、Ｆ0 によっても変化する。又、上記公転速度ｎc は、上記ハブ２の回転速度ｎi に比例して変化する。この為、これらラジアル荷重Ｆr 、アキシアル荷重Ｆa 、予圧Ｆ0 、Ｆ0 、ハブ２の回転速度ｎi を総て関連させて考えなければ、上記公転速度ｎc から所望の荷重を正確に求める事はできない。このうちの予圧Ｆ0 、Ｆ0 は、運転状態に応じて変化するものではないので、初期設定等によりその影響を排除する事は容易である。これに対して上記ラジアル荷重Ｆr 、アキシアル荷重Ｆa 、ハブ２の回転速度ｎi は、運転状態に応じて絶えず変化するので、初期設定等によりその影響を排除する事はできない。
【００４２】
この様な事情に鑑みて本実施例では、前述した様に、ラジアル荷重Ｆr を求める場合には、前記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の和を求める事で、上記アキシアル荷重Ｆa の影響を少なくしている。又、アキシアル荷重Ｆa を求める場合には、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の差を求める事で、上記ラジアル荷重Ｆr の影響を少なくしている。更に、何れの場合でも、上記和又は
差と、前記回転速度検出用センサ１５ａが検出する上記ハブ２の回転速度ｎi との比に基づいて上記ラジアル荷重Ｆr 又は上記アキシアル荷重Ｆa を算出する事により、上記ハブ２の回転速度ｎi の影響を排除している。
【００４３】
尚、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの信号に基づいて上記ラジアル荷重Ｆr とアキシアル荷重Ｆa とのうちの一方又は双方の荷重を算出する方法は、他にも各種存在するが、この様な方法に就いては、前述の特願２００３−１７１７１５号、１７２４８３号に詳しく説明されているし、本発明の要旨とも関係しないので、詳しい説明は省略する。
但し、何れの方法により何れの荷重を求めるにしても、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの検出信号に基づいて上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎc を正確に求められる事が、荷重の測定精度を高める為に重要である。
【００４４】
これに対して上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの検出信号中には、被検出面の着磁ピッチ（円周方向に隣り合うＳ極とＮ極との間のピッチ）の誤差に基づく比較的高周波の変動と、保持器２１ａ、２１ｂの振れ回り運動に伴う、前述した様な比較的低周波の変動と、前記各転動体９ａ、９ｂの径差、或はこれら各転動体９ａ、９ｂの転動面が転がり接触する外輪軌道７、７及び内輪軌道８、８のうねりに基づく、中程度の周波数の変動とが入り込んでいる。この様な変動を処理（低減）しないと、各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎc を正確に求められず、上記ラジアル荷重Ｆr や上記アキシアル荷重Ｆa の測定精度が悪化する。そこで本実施例の場合には、図５に示す様な適応フィルタ２７により、上記振れ回り運動に基づく比較的低周波の変動及び上記径差や軌道面のうねりに基づく中程度の周波数の変動を低減する他、図示しない平均化フィルタ等のローパスフィルタにより、上記着磁ピッチの誤差に基づく比較的高周波の変動を低減する様にしている。
【００４５】
先ず、上記３種類の変動が生じる理由に就いて、図６〜７により説明する。前記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）を保持した（或は自身がエンコーダとしての機能を有する）保持器２１ａ（２１ｂ）のポケットの内面と前記各転動体９ａ（９ｂ）の転動面との間には、これら各転動体９ａ（９ｂ）を転動自在に保持する必要上、隙間が存在する。従って、各構成部材の組み付け精度をいくら高めても、転がり軸受ユニットの運転時に、上記各転動体９ａ（９ｂ）のピッチ円の中心（前記ハブ２の回転中心）Ｏ2 と上記保持器２１ａ（２１ｂ）の回転中心Ｏ21とが、図６に誇張して示す様に、δ分だけずれる可能性がある。そして、このずれに基づいて上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）は、上記回転中心Ｏ21の周囲で振れ回り運動を行なう。この振れ回り運動の結果、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の被検出面は、回転方向以外にも移動速度を持つ事になる。そして、この回転方向以外の移動速度、例えば図６の左右方向の移動速度が、回転方向の移動速度に加減される。一方、公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）は、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の被検出面の移動速度に基づいて上記各転動体９ａ（９ｂ）の公転速度を検出するので、上記δ分の偏心は、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の側面にその検出面を対向させた、公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の検出信号に影響を及ぼす。
【００４６】
この様な公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の側面に上記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の検出面を対向させると、この公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の検出信号は、図７の鎖線αに示す様に、正弦波的に変化する。即ち、各転動体９ａ（９ｂ）の公転速度が一定である場合でも、この公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号が表す公転速度は、上記鎖線αで示す様に、正弦波的に変化する。具体的には、図６の左右方向の移動速度が回転方向の移動速度に足される場合には、上記出力信号は、実際の公転速度よりも速い速度に対応する信号となる。反対に、図６の左右方向の移動速度が回転方向の移動速度から差し引かれる場合には、上記出力信号は、実際の公転速度よりも遅い速度に対応する信号となる。図６は偏心量δを実際の場合よりも誇張して描いているが、例えば車両安定の為の制御をより厳密に行なうべく、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重Ｆr 及びアキシアル荷重Ｆa をより正確に求める場合には、上記偏心に伴う誤差を解消する必要がある。
【００４７】
又、前記各転動体９ａ、９ｂや外輪軌道７、７及び内輪軌道８、８のうねりに基づく、（ｎ／２）Ｚ次の周波数の、所謂軸受振動も、上記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号が表す公転速度の変動として表れる。従って、上記車両安定の為の制御をより厳密に行なうべく、上記各荷重Ｆr 、Ｆa をより正確に求める場合には、上記軸受振動に伴う誤差を解消する必要がある。尚、この軸受振動による変動のうち、ｎが大きい（例えばｎが３以上の）周波数の軸受振動に基づく、上記出力信号が表す公転速度の変動は、一般的に振幅が小さく、この公転速度の変動に及ぼす影響が小さいだけでなく、ローパスフィルタにより除去しても、実用上問題となる程の時間的遅れを生じる事はない。これに対して、ｎが１、２に対応する変動をローパスフィルタで除去しようとした場合（特にｎ＝１の場合）には、実用上問題となる程度の時間的遅れを生じる可能性がある。
【００４８】
更に、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の側面に配列されたＳ極とＮ極とのピッチは、本来同じはずであるが、製造時に発生する着磁誤差等により、少しずつではあるが互いに異なる場合がある。そして、この誤差に基づいても、上記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の検出信号が変動する。この様な着磁ピッチの誤差に基づく変動の周期は、上記振れ回り運動に基づく変動の周期に比べると遥かに短くなる。例えば、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の側面（被検出面）の特性（Ｓ極とＮ極との繰り返し）が、この被検出面の全周で６０回変化する場合、上記着磁ピッチの誤差に基づく変動の周期は、上記振れ回り運動に基づく変動の周期の１／６０程度になる。
【００４９】
上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）から出力される検出信号は、上記３種類の変動が足し合わされた（重畳された）、図７に実線βで示す様なものになる。因に、上記軸受振動に基づく振動の周波数は、ｎの値に応じて各種存在するが、ｎの値が小さい場合の周波数は、前記破線αで示した偏心量δに対応する公転１次の周波数よりも高く、上記着磁ピッチ誤差に基づく変動の周波数よりも低くなる。前記ラジアル荷重Ｆr 及びアキシアル荷重Ｆa を正確に求める為には、上記３種類の変動を低減する必要がある。そこで、本実施例の場合には、上記振れ回り運動及び上記軸受振動に伴う、比較的低周波の変動を図５に示した適応フィルタ２７により低減し、上記着磁ピッチの誤差に伴う比較的高周波の変動を、図示しない平均化フィルタ等のローパスフィルタにより低減する様にしている。尚、適応アルゴリズムとしては、適応フィルタとして後述するＦＩＲフィルタを使用する、ＬＭＳ（最小二乗平均）アルゴリズム（二乗平均誤差を最急降下法に基づいて最小にする演算規則）が好ましい。
【００５０】
先ず、図５に示した適応フィルタ２７による、上記低周波の変動低減に就いて説明する。上記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の検出部が対向する部分での、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の変位速度は、実際の回転速度ｄd と、前記δ分の偏心に基づく振れ回りによる回転一次成分及び上記軸受振動に基づく見掛け速度の変動分ｄn とが重畳されたものとなる。従って、上記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号ｄは、上記実際の回転速度ｄd と上記変動分ｄn とを足し合わせた（ｄd ＋ｄn ）速度を表す信号になる。上記適応フィルタ２７によりこの変動分ｄn を上記出力信号ｄから差し引けば（減ずれば）、上記実際の回転速度ｄd を求められる事になる。
【００５１】
一方、上記適応フィルタ２７を作動させる為には、上記振れ回り及び上記軸受振動に基づく変動分ｄn と相関性のある参照信号ｘが必要になる。この参照信号ｘを入手できれば、上記適応フィルタ２７は自己学習によって、実際の信号の流れ「ｄn →ｄ」の伝達特性と同じ特性を持った、ＦＩＲ（finite impulse response ）フィルタ（インパルス応答時間が有限なフィルタ＝インパルス応答が有限時間内に０になるフィルタ）を形成する。そして、上記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号ｄから、上記適応フィルタ２７による計算の結果得られる、キャンセル信号ｙ｛＝後述するｙ（ｋ）｝を差し引けば、上記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号ｄから上記振れ回り及び上記軸受振動に基づく変動分ｄn を取り除いた（ｄ−ｄn ）事と等価になる。この様にしてこの変動分ｄn を取り除く場合に、上記適応フィルタ２７は、信号の主ルート（図５の上半部分）を送られる出力信号ｄに対してフィルタリングするのではなく、副ルート（図５の下半部分）を送られる参照信号ｘに基づいて上記変動分ｄn を取り除く為のキャンセル信号ｙを計算する。そして、上記主ルートである出力信号ｄから上記キャンセル信号ｙを引き算するだけであるので、上記出力信号ｄの応答遅れを招かない。
【００５２】
本実施例の場合、上記参照信号ｘを、前記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の１回転中での特性変化の回数に基づき、この公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）に対向した上記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号の処理回路、又は、この出力信号に基づいて前記各転動体９ａ（９ｂ）の公転速度を演算する為の処理回路により、自己生成する。従って、上記参照信号ｘの生成に要するコストを低減できる。即ち、従来から適応フィルタの用途として一般的に知られていたアクティブノイズコントロールの構造をそのまま上記各転動体９ａ（９ｂ）の公転速度を正確に求める為の構造に適用すると、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の振れ回りを、変位センサや回転速度センサ等、別途設けたセンサにより検出し、このセンサの検出信号を上記振れ回り及び軸受振動による変動と相関性を持たせて、上記適応フィルタ２７の参照信号ｘとして使用する事になる。勿論、この様な構造で実施する事も可能ではあるが、別途センサを設ける分だけ、コスト並びに設置スペースが必要になる。
【００５３】
これに対して本実施例の場合には、この様な別途設けたセンサの検出信号を使用する事なく上記参照信号ｘを入手して、上記適応フィルタ２７により、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の振れ回り及び上記軸受振動に基づく、上記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号ｄの変動分ｄn を低減させる。即ち、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の１回転中での特性変化の回数（Ｓ極とＮ極との数）は予め分かっている。従って、この公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の１回転分のパルス数を観察する事で、特に変位センサや回転速度センサ等のセンサを別途設けなくても、上記変動ｄn と相関のある上記参照信号ｘを生成できる。具体的には、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の振れ回りの影響は、回転１次が主成分の波形であり、例えばこの公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）が、１回転当り６０パルスのものであれば、６０データで１周期となる様なサイン波、三角波、鋸波、矩形波、パルス波等として自己生成できる。上記変動分ｄn のうち、公転（ｎ／２）・Ｚ次の周波数成分を低減させる為の参照信号ｘに就いても、１周期となるデータの数を適切に設定する事により、同様に自己生成できる。
【００５４】
この様な参照信号ｘの波形は、上記各転動体９ａ（９ｂ）の公転速度を算出する為の処理回路（ＣＰＵ）で生成する事も、上記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）に付属の電子回路部（ＩＣ）で生成する事もできる。何れにしても、得られた上記参照信号ｘに基づいて算出したキャンセル信号ｙは、上記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号ｄから差し引いて、前記実際の回転速度ｄd を表す修正信号ｅ｛＝後述するｅ（ｋ）｝を求める。この様にして求めた修正信号ｅは、上記各転動体９ａ（９ｂ）の公転速度を演算する為の処理回路に送ってこの公転速度を求める為に利用する他、上記適応フィルタ２７が自己学習する為の情報としても利用する。
【００５５】
尚、上記適応フィルタ２７部分で、上記キャンセル信号ｙを求め、更にこのキャンセル信号ｙを上記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号ｄから差し引いて、上記修正信号ｅを得る為の処理は、次の（２）〜（４）式に基づいて行なう。
【数１】
2005249727.tif 000003
【数２】
2005249727.tif 000004
【数３】
2005249727.tif 000005
【００５６】
上記（２）（３）（４）式中、ｋは時系列でのデータ番号、Ｎは適応フィルタ２７として用いるＦＩＲフィルタのタップ数である。又、ｗはＦＩＲフィルタのフィルタ係数を表し、ｗk はｋ番目のデータ処理をする場合に使用するフィルタ係数を、ｗk+1 は次のデータ系列（ｋ＋１番目）を処理する場合に使用するフィルタ係数を、ｉは０〜Ｎ−１の数を、それぞれ表している。本実施例の場合、上記ＦＩＲフィルタは、上記（４）式により逐次適正にフィルタ係数が更新されていく適応フィルタとなる。演算を開始する際に最初に用いるフィルタ係数ｗk は、零を代入しておいても、動き始めれば自己適応していくので差し支えはないが、予め望ましいフィルタ特性を求めてその値を代入しておいても良い。更には、前回の処理で最後に使用したフィルタ係数を、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶手段に記憶しておき、再始動時に使用しても良い。
【００５７】
又、上記（４）式中のμは、ステップパラメータと呼ばれる、フィルタ係数を自己適正化させていく場合の更新量を決定する値であり、通常０．０１〜０．００１程度の値となるが、実際には、適応動作の妥当性を事前に調べて設定するか、次の（５）式を用いて逐次更新する事もできる。
【数４】
2005249727.tif 000006
尚、この（５）式中のαも、フィルタ係数を自己適正化させていく為の更新量を決定するパラメータとなるが、０＜α＜１の範囲であれば良く、上記μよりも設定が容易である。又、本実施例の場合には、前記参照信号ｘを自己生成するので、上記（５）式中の分母の値は既知であり、μの最適値を事前に算出しておく事もできる。計算量削減の観点からは、予め（５）式でこのμを算出しておき、このμを定数として上記（４）式でフィルタ係数を自己適正化させるのが望ましい。
【００５８】
上述の様に、前記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号ｄから、前記適応フィルタ２７が算出したキャンセル信号ｙを差し引く事で、前記実際の回転速度ｄd を表す修正信号ｅを求められる。そして、この様にして求めた修正信号ｅに基づいて、前記各転動体９ａ（９ｂ）の公転速度を正確に求められる。尚、実際の場合には、上記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号ｄ中には、前記着磁ピッチ誤差に基づく、上記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の振れ回りに基づく変動よりも周期が短い変動が存在する。そこで、この変動を平均化する為の平均化フィルタ等のローパスフィルタを、上記適応フィルタ２７の前又は後に設けて、上記変動に拘らず、上記各転動体９ａ、９ｂの公転速度を正確に求められる様にする。平均化フィルタ等のローパスフィルタの構造及び作用に関しては、従来から周知である為、詳しい説明は省略する。
【００５９】
適応フィルタ２７を使用して、エンコーダの振れ回りに基づく変動を抑える作用に就いてのシミュレーションの１例を、図８に示した。この図８は、１００min-1 で定速回転している回転部材の回転速度を、６０パルス／１回転のエンコーダで計測する場合に就いて示している。実線イが、回転速度検出用センサの検出結果に、タップ数＝１５の移動平均処理のみを施した（平均化フィルタのみを設けた）結果（出力信号ｄに相当）である。この場合には、エンコーダの振れ回りにより、上記回転速度の算出値が、約７０〜１３０min-1 の間を変動している。尚、上記エンコーダの振れ回り量は、実際に生じる値に比べて、相当に大きく設定した。
【００６０】
これに対して、破線ロは、上記実線イで示した、移動平均後のデータを適応フィルタを用いて補正した結果（修正信号ｅに相当）を示している。上記破線ロから明らかな通り、適応フィルタの始動直後は算出値が変動しているものの、短時間経過後にフィルタ係数が自己適応し、算出結果が、ほぼ１００min-1 の一定値に収束した。この事から、平均化フィルタと適応フィルタとを併用する事で、着磁ピッチ誤差や、回転中心と幾何中心とのずれが大きい（振れ回り運動をする）エンコーダを使用しても、回転部材の回転速度を正確に求められる事が分かる。
尚、上記図８に示した２本の線イ、ロを求めるに就いては、参照信号ｘは、速度演算装置の中でパルス数をカウントしながら、６０パルスで１周期となる正弦波を自己生成するとした。又、適応フィルタのステップパラメータは、μ＝０．００２、タップ数Ｎ＝３０とした。
【００６１】
上述の説明は、前記ポケット隙間に基づく公転１次の振れ回りに基づく誤差成分を除去する場合に就いて説明した。前記軸受振動に基づく誤差成分も、基本的には同じ様にして除去するが、データ処理を低コストで且つ円滑に行なわせる為には、前記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の１回転分当りのパルス数を、前記各列の転動体９ａ、９ａ（９ｂ、９ｂ）の数との関係で規制する必要がある。例えば、これら各列の転動体９ａ、９ａ（９ｂ、９ｂ）の数が９個である場合、公転９次の振動に基づく誤差成分を補正する為には、６０データ／９＝６．６７データで１周期となる正弦波を、図５に示した参照信号ｘとして使用する必要がある。この様に参照信号ｘが整数でない場合（小数点以下の端数が出る場合）には、この参照信号ｘとして、予め演算器中のメモリに記憶させたものを使用する事ができない。そして、この様な場合には、データをサンプリングする毎、即ち、前記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号ｄを受け入れる毎に、上記軸受振動の１周期毎に１周期となる正弦波の値を計算しなければならない。この様な計算は、上記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）により上記各列の転動体９ａ、９ａ（９ｂ、９ｂ）の公転速度検出を行なっている間中、継続して行なわなければならないので、莫大な計算量となる。そして、この様な莫大な計算量を処理する為には、処理速度が速い、比較的高価なＣＰＵを使用する必要がある。
【００６２】
この様な事情に鑑みて本実施例の場合には、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の１回転分当りのパルス数を、上記各列の転動体９ａ、９ａ（９ｂ、９ｂ）の数Ｚの整数倍としている。例えば、上述の様に、これら各列の転動体９ａ、９ａ（９ｂ、９ｂ）の数Ｚが９である場合には、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の１回転分当りのパルス数を、例えば６３パルス（９の７倍）とする。この様な公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の回転速度を検出する、上記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号ｄ中に含まれる、上記軸受振動に基づく公転９次の誤差成分を補正する為には、７データ（＝６３データ／９）で１周期となる正弦波をメモリに記憶させておくだけで良いので、計算量が激減する。公転４．５次の誤差成分を補正する場合も同様であり、図５に示した参照信号ｘとして、１４データ（＝６３データ／４．５）で１周期となる正弦波をメモリに記憶させておけば良い。
【実施例２】
【００６３】
図９〜１２は、本発明の実施例２を示している。本実施例の場合の特徴は、エンコーダの１パルス毎に回転検出センサの検出信号に関して必要とする演算処理の回数を大幅に低減して、計算速度が特に速くない、低コストの演算器（ＣＰＵ）での処理を可能にする点にある。この為に本実施例の場合には、同期式ＬＭＳアルゴリズムを使用し、計算量を大幅に削減可能にしている。但し、同期式ＬＭＳアルゴリズムを使用する場合も、エンコーダの１回転当りのパルス数を、転動体数の整数倍とする必要がある。又、単に同期式ＬＭＳアルゴリズムを使用しただけの場合には、エンコーダ振れ回りである回転１次成分及び軸受振動に基づく公転（ｎ／２）・Ｚ次成分を補正（キャンセル）すると同時に、検出対象である回転速度を表すＤＣレベルまでも補正（キャンセル）してしまう。これでは、公転速度検出装置本来の機能を喪失してしまうので、フィルタ係数の零点をモニターし、上記ＤＣレベルをキャンセルする事を防止する為に、零点補正を実施する。この様な観点で考えた本実施例の特徴に就いて、以下に説明する。尚、実用上あまり問題とならないレベルではあるが、前述の図８に示した例でも、微妙にＤＣレベルがずれる場合がある。従って、より高精度の制御を行なう為には、この場合にも、零点補正を行なう事が好ましい。尚、以下の説明で、転がり軸受ユニット部分の符号に就いては、図１に示したものを使用する。
【００６４】
上述した実施例１で適応フィルタを適正化する為に利用する、前述の各式（２）（３）（４）は何れも単純な式ではあるが、実際の適用に際しては計算量が問題となる場合が考えられる。例えば、適応フィルタのタップ数Ｎ＝６０とすると、上記式（２）で掛け算を６０回、上記式（３）で引き算を１回、上記式（４）で掛け算を１２０回と足し算を６０回との１８０回、合計で２４１回の四則演算を、エンコーダの１パルス毎に実施しなければならない。従って、１個の転がり軸受ユニットに設けた複列の転動体の公転速度を求める為に必要な計算量は、４８２回／１パルスとなる。この計算量（演算回数）は物理的に処理不可能ではないが、処理速度が速い、比較的高価なＣＰＵを使用する必要がある。例えば、ＡＢＳ、ＴＣＳ、ＶＳＣ等の車両用走行安定化装置の制御の為に自動車用車輪（４個の車輪）の回転速度を検出する場合、上記高価なＣＰＵを４個（若しくは１パルス毎に２４１回×２×４＝１９２８回の四則演算が可能な程に高速のＣＰＵを）使用する必要があり、上記車両用走行安定化装置のコスト増大の原因となる為、好ましくない。
【００６５】
この様な事情に鑑みて本実施例の場合には、同期式ＬＭＳアルゴリズムを使用して計算量を大幅に削減し、低コストのＣＰＵの使用を可能にする事を意図している。但し、上記同期式ＬＭＳアルゴリズムにより適応フィルタを動作させた場合、そのままではこの適応フィルタが、上記エンコーダの振れ回りによる公転１次成分及び軸受振動に基づく公転（ｎ／２）・Ｚ次成分だけでなく、回転速度を表すＤＣ成分もキャンセルしてしまう。この様にＤＣ成分をキャンセルする現象は、同期式ＬＭＳアルゴリズムを用いた場合に顕著である。そこで本実施例の場合には、適応フィルタの出力値を零にする機能を持たせる事により、上記回転速度を表すＤＣレベルを正確に検出できる様にしている。
【００６６】
先ず、同期式ＬＭＳアルゴリズムの作動原理を説明する。前述の図５に示したブロック図で、適応フィルタ２７に入力させる参照信号ｘは、エンコーダの振れ回りによるエンコーダの公転１次成分、並びに、軸受振動に基づく公転（ｎ／２）・Ｚ次成分と相関のある信号であれば良い。このうちの公転１次成分に関しては、上記エンコーダ１回転当り１インパルス信号でも構わないし、公転（ｎ／２）・Ｚ次成分に関しては、振動１周期当り１インパルス信号でも構わない。但し、同期式ＬＭＳを用いる場合は、適応フィルタ２７のタップ数Ｎが振動１周期当りのパルス数と等しい事が前提となる。上記参照信号ｘが振動１周期当り１インパルス信号であると同時に、上記適応フィルタ２７のタップ数Ｎが、上記エンコーダの１回転当りのパルス数と等しい場合を想定する。この場合、時系列ｋの瞬間に計算に使用する参照信号ｘは、次の（６）式で表される。
【数５】
2005249727.tif 000007
【００６７】
この（６）式で、参照信号ｘが値１のインパルスとなる位置ｊは、時系列ｋが進んでいくのに従って右側に１個ずつずれて行き、一番右側の「Ｎ−１」番目までずれると、次の時系列では、新たなインパルス値が一番左の０番目に表れる事になる。即ち、上記参照信号ｘは、値１のインパルスの位置を０番目からＮ−１番目まで巡回させただけのデータ列となる。この式（６）を、前述の式（２）（４）に当て嵌めると、次の（７）（８）式を得られる。
【数６】
2005249727.tif 000008
【数７】
2005249727.tif 000009
【００６８】
同期式でない、通常のＬＭＳアルゴリズムで適応フィルタ２７を作動させる場合には、前述した様に、各式（２）（３）（４）に示す計算を繰り返し行なう必要があるのに対して、同期式ＬＭＳアルゴリズムで適応フィルタ２７を作動させる場合には、上記（７）（８）式及び式（３）に示す計算を行なうだけで済む。例えば、適応フィルタ２７のタップ数Ｎを６０とした場合、通常のＬＭＳアルゴリズムで適応フィルタ２７を作動させると、エンコーダ１ピッチ毎の演算の回数の合計は、前述した様に２４１回になる。これに対して、同期式ＬＭＳアルゴリズムで適応フィルタ２７を作動させる場合には、上記式（７）はデータ入れ替えのみで演算なし、上記式（３）で引き算１回、上記式（８）で掛け算１回と足し算１回との２回、合計で３回の四則演算を、上記エンコーダの１パルス毎に行なえば良い。即ち、ＬＭＳアルゴリズムとして同期式を採用する事で、採用しない場合に比べて、演算の回数を凡そ１／８０に削減できる。
【００６９】
この様に、同期式ＬＭＳアルゴリズムを採用する事により、計算量を少なく抑えられるが、前述した様に、適応フィルタのタップ数Ｎが、振動１周期当りのパルス数と等しくなければ計算を行なえない。このタップ数Ｎは、当然に整数でなくてはならないので、振動１周期当りのパルス数も整数でなければ、同期式ＬＭＳアルゴリズムによる計算を行なえない。前記ポケット隙間に基づく公転１次の振れ回りの周期は公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の１回転の周期に一致するので、この公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の１回転分当りのパルス数に就いて特に工夫する必要はない。これに対して、前記軸受振動に基づく公転（ｎ／２）・Ｚ次成分に就いては、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の１回転分当りのパルス数を各列の転動体９ａ、９ａ（９ｂ、９ｂ）の数Ｚとの関係で工夫しないと、振動１周期当りのパルス数が整数にならず、同期式ＬＭＳアルゴリズムによる計算を行なえなくなる。この為、本実施例の場合も、前述した実施例１と同様に、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の１回転分当りのパルス数を、上記各列の転動体９ａ、９ａ（９ｂ、９ｂ）の数Ｚの整数倍としている。従って、上記軸受振動に基づく公転（ｎ／２）・Ｚ次成分に就いても、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の１回転分当りのパルス数が整数となる。
【００７０】
又、上記適応フィルタ２７を作動させるのに同期式ＬＭＳアルゴリズムを採用した場合に、回転速度を表す信号であるＤＣ成分までもがキャンセルされる事を防止する為に、上記適応フィルタ２７の零点を補正する必要がある。以下、この零点補正に就いて説明する。この零点補正が必要な現象の具体例として、エンコーダの振れ回りによる回転速度検出誤差の１例を、図９に示す。この図９に示した線図は、前述の図８の場合と同様に、１００min-1 で定速回転している回転部材の回転速度を、６０パルス／１回転のエンコーダで計測する場合に就いて示している。実線イが、回転速度検出用センサの検出結果に、タップ数＝１５の移動平均処理のみを施した（平均化フィルタのみを設けた）結果（図１０の出力信号ｄに相当）である。この場合には、エンコーダの振れ回りにより、上記回転速度の算出値が、約７０〜１３０min-1 の間を変動している。尚、上記エンコーダの振れ回り量は、実際に生じる値に比べて、相当に大きく設定している。
【００７１】
この図９に実線イで示す様な回転速度に関する計測データを、前述の図５に示す様な適応フィルタ２７を用いて処理し、上記エンコーダの振れ回りに基づく誤差をキャンセルした場合、この適応フィルタ２７の設定値によっては、この振れ回りに基づく誤差成分に加えて、検出対象である回転速度のＤＣレベル（図９に破線ロで示した１００min-1 を表す信号）もキャンセルしてしまう可能性がある。この様に、必要とするＤＣレベルまでキャンセルする現象は、上記適応フィルタ２７を動作させるＬＭＳアルゴリズムとして同期式を採用した場合に顕著である。図９に示した鎖線ハが、その具体例である。
【００７２】
上記適応フィルタ２７を動作させるＬＭＳアルゴリズムとして同期式を採用し、特に対策を施さない場合には、上記鎖線ハで示す様に、上記エンコーダの振れ回りに基づく変動成分だけでなく、回転速度を表すＤＣ成分までもがキャンセルされて、出力値が零となる。これは、適応動作によって上記適応フィルタ２７のフィルタ係数ｗがＤＣレベルを持ってしまい、結果としてこの適応フィルタ２７の出力信号ｙがＤＣレベルを持ってしまう為に生じる現象である。この問題を解決する為に本実施例の場合には、図１０に示す様に、上記フィルタ係数ｗの平均値から上記ＤＣレベルを算出し、このＤＣレベルに参照信号ｘのインパルス値を掛け算したＤＣ信号を計算しておく（インパルス値が１である場合には掛け算不要）。そして、上記適応フィルタ２７によって誤差をキャンセルされた信号ｅに、上述の様にして計算したＤＣ信号（次述するｗの平均値）を加える事で、正確な回転速度を表すＤＣレベルを得られる様にしている。
【００７３】
次に、上記フィルタ係数ｗの平均値から、上記ＤＣレベルを算出する方法に就いて説明する。同期式ＬＭＳアルゴリズムにより適応フィルタ２７を動作させる事で、公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号から得られる回転速度を表す信号中に含まれる誤差成分をキャンセルし、上記図９の鎖線ハで示す様に出力値が零になる様な場合に於ける、上記適応フィルタ２７のフィルタ係数は、図１１に示す様に変動する。上記図９に示した例では、この適応フィルタ２７のタップ数Ｎを６０としたので、上記図１１に示したフィルタ係数ｗは、６０個の値から構成されている。このフィルタ係数ｗの平均値、即ち、求めようとする回転速度を表すＤＣレベルは、上記６０個の値を総て合計してから６０で除すれば求められる。但し、この様な計算を行なうと、演算回数が増大して、本実施例の目的である、ＣＰＵの低廉化を十分に図れなくなる。
【００７４】
ところで、誤差キャンセルの対象、即ち、前記エンコーダの振れに基づくうねりは、回転１次を主体とする回転ｎ次成分である。又、本実施例の場合には、適応フィルタ２７のタップ数Ｎを、エンコーダ１回転当りのパルス数と等しくしているので、上記フィルタ係数ｗは、周期がＮ（＝６０）の周期関数となる。上記図１１に示した例では、回転１次の周期関数となっている。従って、Ｎ／２（＝３０）なる間隔を設定した任意の２点の平均値は、全体Ｎ（＝６０）点の平均値と等価になる。そこで、この様な２点の平均値を求め、上記回転速度を表すＤＣレベルとすれば、演算回数も大幅に低減できて、上記ＣＰＵの低廉化の面から有利である。もし、２点だけの平均で信頼性に不安が残る場合は、上記２点とは別に、Ｎ／２（＝３０）なる間隔を設定した任意の２点を選択し、合計４点の平均値を演算する。尚、図示はしないが、フィルタ係数ｗが回転ｎ次の周期関数の場合も、平均点を求める為の点の数を適宜増やし、その間隔を適切に設定する事で、上記平均値を同様に求められる。
【００７５】
本実施例の構造により、エンコーダの振れ回りに基づく変動を抑える作用に就いてのシミュレーションの１例を、図１２に示した。この図１２は、１００min-1 で定速回転している回転部材の回転速度を、６０パルス／１回転のエンコーダで計測する場合に就いて示している。実線イが、回転速度検出用センサの検出結果に、タップ数＝１５の移動平均処理のみを施した（平均化フィルタのみを設けた）結果（出力信号ｄに相当）である。この場合には、エンコーダの振れ回りにより、上記回転速度の算出値が、約７０〜１３０min-1 の間を変動している。破線ロは、前述の図１０に示した同期式ＬＭＳアルゴリズムにより動作する適応フィルタ２７を用い、且つ、上述したフィルタ係数ｗによるＤＣ成分の補正を実施して、公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号ｄから得られる回転速度を表す信号中に含まれる誤差成分をキャンセルした結果である。上記破線ロから明らかな通り、上記適応フィルタ２７の始動直後はデータが変動しているものの、短時間経過後にフィルタ係数ｗが自己適応して、算出結果が、ほぼ１００min-1 の一定値に収束した。尚、前記軸受振動に基づく速度検出誤差に就いても同様に処理して、上記ＤＣ成分がキャンセルされる事を防止できる。
【実施例３】
【００７６】
図１３〜１５は、本発明の実施例３として、変動除去フィルタとして、ノッチフィルタを使用した場合に就いて示している。前述した実施例１の様に、ＬＭＳアルゴリズムで動作する適応フィルタを使用すると、計算量が多くなって演算ユニットのコスト増加を招く。上述した実施例２の様に、同期式ＬＭＳアルゴリズムを使用すれば、計算量は大幅に削減できるが、同期式ＬＭＳアルゴリズムを使用する場合には、除去対象である、軸受振動に基づく公転（ｎ／２）・Ｚ次成分の近傍に異なる変動成分が存在すると、この公転（ｎ／２）・Ｚ次成分を十分に除去できない可能性がある。
【００７７】
本実施例は、この様な事情に鑑みて、変動除去フィルタとしてノッチフィルタを使用する事により、上記軸受振動に基づく公転（ｎ／２）・Ｚ次成分の除去を確実に行なえる様にするものである。そして、この軸受振動に基づく公転（ｎ／２）・Ｚ次成分が大きい場合でも、公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の回転速度、即ち、各列の転動体９ａ、９ａ（９ｂ、９ｂ）の公転速度を高精度で求め、更に転がり軸受ユニットに加わる荷重を高精度で検出できる様にするものである。同時に、応答遅れを実用上問題のないレベルに抑制するものである。尚、以下の説明で、転がり軸受ユニット部分の符号に就いては、図１に示したものを使用する。
【００７８】
本実施例に使用するノッチフィルタは、図１３に示す様なコムノッチフィルタで、Ｚ変換により上記軸受振動に基づく公転（ｎ／２）・Ｚ次成分の除去を行なう。上記図１３中、Ｎは上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の被検出面に存在する、１回転当りのパルス数を、Ａはノッチ周波数を規定する定数を、αはノッチの急峻度合いを決定する（収束性にも影響する）定数である。又、ｘ｛ｘ（ｋ）｝はノッチフィルタへの入力データであり、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）にその検出部を対向させた公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号から求められるパルスの周期、或はその逆数（パルス速度）である。上記図１３に示したフローチャートで実施する処理に用いる計算式は、次の（９）式及び（１０）式の通りである。
【数８】
2005249727.tif 000010
【数９】
2005249727.tif 000011
【００７９】
上記（９）式中、ｙ´（ｋ−Ｎ／Ａ）は、現在の時刻（処理番号ｋ）よりＮ／Ａ個だけ過去に算出したｙ´を意味する。上記（９）式の現時点のｙ´（ｋ）を算出するには、入力データｘ（ｋ）からｙ´（ｋ−Ｎ／Ａ）にαを掛けた値を引く。過去のｙ´（ｋ−Ｎ／Ａ）はメモリ等に記憶しておく。計算の初期状態では過去のｙ´（ｋ−Ｎ／Ａ）が存在しないが、零を代入して計算をスタートしても良いし、予め初期値として適当な値をメモリに記憶しておいても良い。
【００８０】
上述の様なコムノッチフィルタの出力ｙ｛ｙ（ｋ）｝は、上記入力データｘ（ｋ）に基づいて、上記（１０）式に示す様に、最新のｙ´（ｋ）と過去のｙ´（ｋ−Ｎ／Ａ）とから計算する。Ａは、前述した通り、ノッチ周波数を規定する定数であるが、この定数Ａを、１回転当りのパルス数Ｎと組み合せて、上記入力データｘ（ｋ）に基づいて上記出力ｙ（ｋ）を求める為の計算に用いる事により、回転速度の増減によって変化する周波数に追従する、所謂、次数固定型のノッチフィルタを構成できる。このノッチフィルタは、フィルタ定数Ａの値によってノッチの対象となる次数が決定され、公転速度の変化によって対象次数に相当する周波数が変化しても、ノッチ次数成分は固定されている。例えば、Ａ＝２とすれば公転１次の誤差成分を除去するノッチフィルタとなり、Ａ＝９とすれば公転４．５次の誤差成分を除去するノッチフィルタとなり、Ａ＝１８とすれば公転９次の誤差成分を除去するノッチフィルタとなる。図１４に、Ａ＝１８としたノッチフィルタの減衰特性を、図１５に同じく位相遅れ特性を、それぞれ示している。これら図１４、１５から、前記各列の転動体９ａ、９ａ（９ｂ、９ｂ）の数Ｚを勘案しつつ、上記定数Ａを適切に設定する事により、前記軸受振動に基づく公転（ｎ／２）・Ｚ次成分の除去を、応答遅れを実用上問題のないレベルに抑制して行なえる事が分かる。即ち、図１４から、転動体の数Ｚ（＝９）の公転Ｚ次成分（公転９次成分）が除去されている事が分かり、図１５から、位相が問題となる低い周波数帯域、例えば公転１次以下帯域の位相遅れも殆ど存在しない事が分かる。
【００８１】
但し、上記（９）（１０）の両式を用いて上記入力データｘ（ｋ）に基づいて上記出力ｙ（ｋ）を求める為には、これら両式中のＮ／Ａが整数でなければならない。即ち、上記ノッチフィルタは、現在の時刻（処理番号ｋ）よりＮ／Ａ個だけ過去に算出したｙ´、即ち、ｙ´（ｋ−Ｎ／Ａ）を用いて計算を行なう為、Ｎ／Ａが小数を有する値であると処理を実行できない。従って、図１４、１５を求めた場合の前提である、ノッチ周波数を規定する定数Ａが１８の場合、上記パルス数Ｎは１８の整数倍でなければならない。即ち、前記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の１回転当りのパルス数Ｎは、除去対象となる変動の次数の偶数倍（２×整数倍）でなければならない。
【００８２】
従って、上記パルス数Ｎは、除去対象の誤差成分が０. ５Ｚ次の場合は前記各列の転動体９ａ、９ａ（９ｂ、９ｂ）の数Ｚの整数倍、除去対象が１. ０Ｚ次の場合はこの数Ｚの偶数倍でなければならない。同様に除去対象が１. ５Ｚ次成分の場合には、上記パルス数Ｎは３×Ｚの整数倍、除去対象が２Ｚ次成分の場合には上記パルス数Ｎは４×Ｚの整数倍である事が望ましい。但し、１. ５Ｚ次成分以上の様な高周波数の誤差成分の変動量（振幅）は、前述した様に小さい為、無視できる場合が多いし、仮に無視できない程の大きさであっても、ローパスフィルタで誤差成分を除去しても位相遅れは実用上問題とならない程度に抑えられる。従って、上記パルス数Ｎを、１．５Ｚ次成分以上の高周波数の誤差成分の除去を考慮して決定する必要はない。従って、上記パルス数Ｎを徒に大きくする必要はない。
【００８３】
尚、本実施例は、軸受振動に基づく公転（ｎ／２）・Ｚ次成分の近傍に異なる変動成分が存在する場合にもこの公転（ｎ／２）・Ｚ次成分を除去する面から効果がある。従って、公転１次成分に関しては（近傍に異なる変動成分が存在しなければ）、前述の実施例１、２に示す様な適応フィルタにより除去しても良い。但し、公転１次成分と公転（ｎ／２）・Ｚ次成分とを別々のフィルタにより処理するのでは、計算量が増えて処理が面倒になるので、本実施例を適用する場合には、公転１次成分に就いても、ノッチフィルタにより除去する事が好ましい。
【００８４】
又、パルス数Ｎを上述の様な関係に設定しなくても、パルス間隔毎にサンプリングされるデータを、ＣＰＵ（演算ユニット）の中でリサンプリングしても、ノッチフィルタにより上記誤差成分を除去できる。但し、リサンプリングによってデータの時間遅れが発生するだけでなく、計算量も莫大になる。従って、自動車の走行安定性確保の為に転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める場合には、上述の様な方法でノッチフィルタを構成する事は非現実的である。
【実施例４】
【００８５】
図１６は、本発明の実施例４を示している。前述の図１に示した実施例１の場合、単一
のセンサユニット２２の先端部に、１対の公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂと１個の回転速度検出用センサ１５ａとを組み込んでいた。これに対して本実施例の場合には、センサユニット２２ａの先端部には、１対の公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂだけを組み込んでいる。回転速度検出用センサ１５ｂは、外輪１の内端開口部を塞いだカバー１４に支持している。これに合わせて、回転速度検出用エンコーダ１３ｂは、ハブ２を構成する内輪６の内端部に外嵌固定している。転動体９ａ、９ａ（９ｂ、９ｂ）の数は、例えば各列毎に１２個（合計２４個）とする。この場合に、それぞれが永久磁石製の公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の被検出面には、１回転当たりのパルス数が１２の６倍である７２パルスとなる様に、Ｓ極とＮ極とをそれぞれ３６極ずつ、合計で７２極設ける。この様な公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の被検出面の回転を、ホールＩＣ等の磁気検出素子を組み込んだ上記公転速度検出用センサ２４ａ（２４ｂ）で測定すると、１公転当り３６回の周期信号が得られるが、これを２逓倍処理して、１公転当り７２パルスの信号を検出する。或は、同じ様に１公転当り７２パルスの信号を検出する場合でも、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の被検出面に、Ｓ極とＮ極とをそれぞれ７２極ずつ、合計１４４極の多極磁石エンコーダを用いて、測定される１公転７２回の周期信号の立上りエッジ、或は立下りエッジのみを検出しても良い。この様な点は、前述の実施例１の場合も同様である。
【００８６】
上記３個のセンサ２４ａ、２４ｂ、１５ｂの検出信号を処理して変動成分を除去する為の変動除去フィルタの構成及び作用に就いては、前述した実施例１、２と、或は上述した実施例３と同様であるから、重複する説明は省略する。各エンコーダ及びセンサは、多極磁石及びホールＩＣに限らない。エンコーダとして単なる磁性材製のものを使用できるし、ホールＩＣに代えて、ＭＲ素子等の他の磁気検出素子を使用する事もできる。或は、センサとして、永久磁石とポールピースとコイルとを組み合わせた、所謂パッシブ型のものを使用する事もできる。要するに、本発明の特徴である変動除去フィルタを使用する事による作用・効果は、センサやエンコーダの種類、或はパルス検出方法等に関係なく、検出するパルス数を、転動体の数の整数倍とする事により得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の転動体の公転速度検出装置付転がり軸受ユニットは、実施例に示した様な、自動車の車輪を支持する転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定する為の転がり軸受ユニットの荷重測定装置に限らず、各種回転機械装置の回転支持部を構成する転動体の公転速度を検出する為に利用できる。この場合に、公転速度検出用エンコーダの取付精度や、転がり軸受ユニットの構成各部材の形状及び寸法精度を特に高くしなくても上記各転動体の公転速度を正確に求められる様にできて、コストの低減を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施例１を示す、荷重測定用の回転検出装置を組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】保持器及び転動体と、エンコーダと、回転検出センサとを取り出して図２の上方から見た状態で示す模式図。
【図４】回転速度に基づいて荷重を測定できる理由を説明する為の、転がり軸受ユニットの模式図。
【図５】保持器の振れ回り及び軸受振動に基づく回転速度検出センサの出力信号の変動を、適応フィルタより低減する為の回路を示すブロック図。
【図６】保持器の振れ回りに基づいて回転速度検出センサの出力信号が変動する理由を説明する為、保持器及びエンコーダを図１〜３の側方から見た状態で示す模式図。
【図７】保持器の振れ回り及び軸受振動と、着磁ピッチの誤差とに基づいて、回転速度センサの出力信号が変動する状態を示す線図。
【図８】適応フィルタにより回転速度センサの出力信号の変動を低減する状態を示す線図。
【図９】本発明の実施例２の必要性を説明する為に、適応フィルタを同期式ＬＭＳアルゴリズムで動作させ、ＤＣレベルに関する補正を行なわない場合に於ける、回転速度を表す信号の変動状況を示す線図。
【図１０】本発明の実施例２を示す、図５と同様の図。
【図１１】ＤＣレベルに関する補正を行なう為にフィルタ係数をサンプリングする状態を示すグラフ。
【図１２】実施例２の効果を示す為、適応フィルタを同期式ＬＭＳアルゴリズムで動作させ、ＤＣレベルに関する補正を行なった場合に於ける、回転速度を表す信号の変動状況を示す線図。
【図１３】本発明の実施例３を示す、コムノッチフィルタの構成を示すフローチャート。
【図１４】ノッチフィルタの減衰特性の１例を示す線図。
【図１５】同じく位相遅れの特性の１例を示す線図。
【図１６】本発明の実施例４を示す、荷重測定用の回転検出装置を組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。
【図１７】従来から知られている、ラジアル荷重測定用のセンサを組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。
【図１８】従来から知られている、アキシアル荷重測定用のセンサを組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。
【符号の説明】
【００８９】
１、１ａ  外輪
２、２ａ  ハブ
３、３ａ  回転側フランジ
４    ハブ本体
５    ナット
６    内輪
７    外輪軌道
８    内輪軌道
９ａ、９ｂ  転動体
１０、１０ａ  取付孔
１１    変位センサ
１２    センサリング
１３、１３ａ、１３ｂ  回転速度検出用エンコーダ
１４    カバー
１５、１５ａ、１５ｂ  回転速度検出用センサ
１６    ナックル
１７    固定側フランジ
１８    ボルト
１９    ねじ孔
２０    荷重センサ
２１ａ、２１ｂ  保持器
２２    センサユニット
２３    先端部
２４ａ、２４ｂ  公転速度検出用センサ
２５    リム部
２６ａ、２６ｂ  公転速度検出用エンコーダ
２７    適応フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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