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【発明の名称】 環状速度センサー
【発明者】 【氏名】ジョナサン エム アドラー
【要約】 【課題】比較的車輪速度が低くても高レベルの電気信号を出力することができる環状の車輪速度センサーを提供する。

【解決手段】軸方向および半径方向の磁界を有する磁気トーンリング３２と、トーンリングの回転中にトーンリングの軸方向および半径方向の磁界を検出する検出部を有するステーター３４とからなる。このセンサーは、トーンリングとステーター間の空隙の変動を最小限に抑えることができるため、車輪速度を正確に測定することができ、またハブ軸受装置に組み込むことができるので、取付スペースをほとんど取らない。ハブ軸受機構は、センサーを外部の悪影響から保護するシール手段６２を備えている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 交互に配列された相反する極性を有する複数の軸方向の磁極と、交互に配列された相反する極性を有する複数の半径方向の磁極を有し、回転部材と共回りする円板状の部材と、前記軸方向の磁極と磁気的に結合する第１部分と、前記半径方向の磁極と磁気的に結合する第２部分とを備えた環状ステーターを備え、前記円板状部材が回転すると、ステーター内に磁束が形成され、この磁束によって、前記円板部材と回転部材の回転速度を表す交流電圧が生じるようになっており、前記環状ステーターは、強磁性体製のケースを有し、このケース内に導電性の巻線が収容されている、回転部材の回転速度を検出するための環状速度センサー。
【請求項２】 前記第１および第２部分が、前記強磁性体製のケースに形成された歯であり、前記第１部分を構成している歯が、一方の磁性を有する軸方向の磁極に磁気的に結合しているとき、第２部分を構成している歯は、反対の磁性を有する半径方向の磁極に磁気的に結合するようになっている請求項１に記載のセンサー。
【請求項３】 前記円板部材は軸方向の面と半径方向の面を有し、前記半径方向の磁極は前記軸方向の面に形成されており、前記軸方向の磁極は前記半径方向の面に形成されており、前記第２部分を構成している歯は、前記半径方向面を横切り、前記軸方向の面に隣接して設けられている請求項２に記載のセンサー。
【請求項４】 前記ケースは、半径方向の壁と、この半径方向の壁に接続された内側円筒壁と外側円筒壁とからなり、前記第１部分を構成している歯は前記内側円筒壁に形成されており、前記第２部分を構成している歯は前記外側円筒壁に形成されている請求項１に記載のセンサー。
【請求項５】 前記ケースは、半径方向の壁と、この半径方向の壁に接続された内側円筒壁と外側円筒壁とからなり、前記第２部分を構成している歯は前記内側円筒壁に形成されており、前記第１部分を構成している歯は前記外側円筒壁に形成されている請求項１に記載のセンサー。
【請求項６】 前記円板部材は、ステーターの内周側にステーターと同軸状に取り付けられ、前記ステーターは円筒形の外壁と、この外壁から半径方向内向きに前記円板部材に向かって延びる２つの半径方向の側壁とからなり、前記第１部分と第２部分を構成する歯は、前記２つの側壁にそれぞれ形成されている請求項１に記載のセンサー。
【請求項７】 前記円板部材は、ステーターの外周側にステーターと同軸状に取り付けられ、前記ステーターは円筒形の内壁と、この内壁から半径方向外向きに前記円板部材に向かって延びる２つの半径方向の側壁とからなり、前記第１部分と第２部分を構成する歯は、前記２つの側壁にそれぞれ形成されている請求項１に記載のセンサー。
【請求項８】 外輪と、外輪内部の内輪と、内外輪の間に内外輪が相対回転できるように設けられた複数の転動体とからなる軸受装置に組み込まれており、前記円板部材は前記内外輪の一方に固定され、前記ステーターは前記内外輪の他方に固定されている請求項１に記載のセンサー。
【請求項９】 外輪と、外輪内部の内輪と、内外輪の間に内外輪が相対回転できるように設けられた複数の転動体と、交互に配列された相反する極性を有する複数の軸方向の磁極と、交互に配列された相反する極性を有する複数の半径方向の磁極を有し、前記内外輪の一方に固定されたトーンリングと、前記内外輪の他方に固定された環状トランスデューサーとを備え、前記トランスデューサーは、前記軸方向の磁極と磁気的に結合する第１の歯と、前記半径方向の磁極と磁気的に結合する第２の歯が形成された強磁性体製のケースを有し、前記トーンリングが前記トランスデューサーに対して相対的に回転する場合に、前記軸方向および半径方向の磁極が前記第１および第２の歯に対向するようになっており、前記強磁性体製のケース内には導電性の巻線が収容されており、トーンリングがトランスデューサーに対して相対回転すると、トランスデューサー内に交番磁束が発生し、この磁束によって巻線内に上記相対回転の速度を表す交流電圧が発生するようになっている軸受装置。
【請求項１０】 車輪に取り付けられている請求項９に記載の軸受装置。
【請求項１１】 内輪が非回転の車両のスピンドルに固定され、外輪は前記車輪に固定されている請求項１０に記載の軸受装置。
【請求項１２】 前記トーンリングが、外輪の円筒形内周面内に挿入されている請求項１１に記載の軸受装置。
【請求項１３】 外輪が非回転の車両のスピンドルに固定され、内輪は前記車輪に固定されている請求項１０に記載の軸受装置。
【請求項１４】 前記トーンリングが、内輪の円筒形外周面内に挿入されている請求項１３に記載の軸受装置。
【請求項１５】 前記ケースは、半径方向の壁と、この半径方向の壁に接続された内側円筒壁と外側円筒壁とからなり、前記第１の歯は前記内側円筒壁に形成されており、前記第２の歯は前記外側円筒壁に形成されており、前記第１および第２の歯は前記転動体に向かって延びており、前記トーンリングは前記転動体と前記第１の歯の間に設けられ、前記第２の歯は前記トーンリングに隣接して設けられている請求項９に記載の軸受装置。
【請求項１６】 トーンリングが取り付けられる軸受外輪に、トランスデューサーに接触するシールリップ部を有するシールが固定されている請求項９に記載の軸受装置。
【請求項１７】 トーンリングが取り付けられる軸受内輪に、トランスデューサーに接触するシールリップ部を有するシールが固定されている請求項９に記載の軸受装置。
【請求項１８】 前記転動体とトーンリングを取り囲むシールリップを有するシールを備えた請求項９に記載の軸受装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回転速度センサー、特に自動車の車輪の回転速度を検出できるセンサーに関する。
【０００２】
【従来技術】様々な状況において、機械部品の相対的な回転速度を測定する必要が生じることがある。たとえばジェットエンジンのメインシャフトや工作機械のスピンドルの回転速度を測定するために回転センサーが使われる。また最近の自動車への装備が増えているアンチロックブレーキ装置（ＡＢＳ）にも回転センサーが使われる。ＡＢＳは急ブレーキがかけられた際、車輪がロックするのを防ぐことによって、自動車の走行安定性、方向性を維持するものである。ＡＢＳには、車輪の回転を表す信号をＡＢＳ制御部に送る車輪速度センサーが必ず必要である。殆どの乗用車には４輪全てに回転センサーが取り付けられる。回転センサーからの信号に基づいて、ＡＢＳの制御部は車輪がロックしているか、あるいはロックしかかっているかどうかを判断し、その判断に基づきアンチロック制御を行う。また車輪速度センサーは、加速中の駆動輪のスピンを防ぐトラクションコントロール装置への入力にも用いられる。
【０００３】ＡＢＳ用車輪速度センサーとしては、現在多種多様のものが知られている。中でも最も普及しているのは、非回転部（ステーター）と、ステーターに近接して設けた回転部（ローター）とからなるセンサーである。「トーンリング」とも呼ばれる回転部は、回転中に非回転部によって検出される被検出部をもっている。たとえばギアに形成された強磁性体製の歯や、回転部に形成された相反する磁性を有する磁極等が、被検出部として用いられる。非回転部は、回転しているトーンリングに形成された被検出部の通過を検出し、検出結果を信号として出力する。
【０００４】トランスデューサーとしては、可変リラクタンス型装置や、ホール効果装置や、磁気歪装置等がある。ほとんどのトランスデューサーは磁界（変化する磁界）を検出するものである。可変リラクタンス型トランスデューサーは、外部の電源から電気の供給を受けずに電圧を発生させるので「受動」センサーと呼ばれる。一方ホール効果装置のような「能動」センサーは、外部から印加される交流電圧によって作動し、装置を通過する磁界に応じた出力を発生させる。
【０００５】今日の車輪速度センサーのひとつの問題は、ローターとステーター間の空隙の大きさの変化により、磁界の強度が変化しやすいことにある。磁界センサーには、トーンリングが車輪の軸受と共回りするタイプのものがある。通常この種のセンサーのトーンリング（ローター）の磁極あるいは強磁性体製の被検出部は、軸方向あるいは半径方向に延びるように形成されている。そしてステーターの検出部は、トーンリングの上面あるいは下面に対向して設けて軸方向の磁極を検出するようになっている。この場合トーンリングは車輪と共回りするため、振動などによって、トーンリングとステーター間の空隙の大きさが変動しやすい。空隙が大きくなると、磁界の強度と磁界の強度に対応するステーターの出力が小さくなる。空隙の大きさはランダムな要因によってランダムに変動する。空隙の大きさの変動は、車輪速度センサーの測定精度に悪影響を及ぼす。
【０００６】現代の自動車部品には、コンパクトで軽量で、組み立てが容易で、信頼性が高いことが求められる。従来のセンサーもこれらの要求に十分答えるものではあるが、技術者達はさらにコンパクトで、製造、組み立てが容易で、低コストのセンサーを開発しようと日々努力を重ねている。またこのようなセンサーには、路面から跳ね上がる泥、塵、塩、水などが内部に侵入するのを防ぐ何らかの手段を設ける必要がある。またこのようなセンサーはブレーキの近くに設けられるため、ブレーキ操作による磨耗粉や高温に曝される。最近の車輪速度センサーは車輪軸受装置に一体に組み込まれたものが多い。こうすれば車両の製造工程前にセンサーのテストができ、車両の組み立ても容易になり、装置全体の信頼性も高くなるためである。
【０００７】そこでローターとステーター間の空隙の変動を最小限に抑えることができる車輪速度センサーが望まれている。またそのようなセンサーは製造が容易でコストも低いことが望まれる。またそのようなセンサーは、圧入等によって軸受にしっかり固定できる構造のものがよい。取付スペースをなるべく取らないことも望まれる。
【０００８】
【発明の要約】本発明は、車輪速度が比較的低くても高レベルの出力を維持できる、自動車の車輪速度センサーとして特に適した環状の速度センサーを提供する。この車輪速度センサーは、ハブ軸受装置に組み込む。ハブ軸受装置は速度センサーを保護するためのシール手段を備えている。
【０００９】本発明の一つの目的は、ローターとステーター間の空隙の変動を最小限に抑えることができる車輪速度センサーを提供することである。
【００１０】本発明のもう一つの目的は、製造が容易で製造コストも低い車輪速度センサーの提供である。
【００１１】本発明のさらにもう一つの目的は、圧入等によって軸受にしっかり固定できる構造を有する車輪速度センサーの提供である。
【００１２】本発明のさらにもう一つの目的は、取付スペースをあまり取らない車輪速度センサーを提供することである。
【００１３】これらの目的を達成するために、本発明は、軸方向の磁極と半径方向の磁極を有する多極トーンリングと、トーンリングが回転中に、軸方向の磁極を検出する第１部分と、半径方向の磁極を検出する第２部分を有するステーターとからなる車輪速度センサーを提供する。この構造のセンサーは、ローターとステーター間の空隙の変動を最小限に抑えられるので、車輪速度が比較的低くても、正確に車輪速度を測定することができる。またたとえ軸方向の空隙が変動したとしても、同時にトーンリングとステーターの前記第２部分間の半径方向の空隙が変動する可能性は低いので、このような場合でも正確な車輪速度の測定ができる。またトーンリングの磁極と複数の第１部分間の空隙の一部が大きく変動することはあっても、これらの空隙のすべてが同時に大きく変動することはほとんど考えられない。したがって空隙の一部が大きく変動したとしても、空隙全体としては実質的にほとんど変化しないことになり、高い精度で車輪速度信号を出力することができる。
【００１４】ステーターの第１、第２部分はステーターに形成した歯である。軸方向の磁界はトーンリングの軸方向の面に対向する歯によって検出され、半径方向の磁界はトーンリングの半径方向の面に対向する歯によって検出される。このような構成にすることによって、ローターとステーター間の空隙の変動がセンサーの感度に及ぼす影響を最小限に抑えることができるので、測定精度をさらに高めることができる。
【００１５】また本発明のステーターは、従来のステーターに比べかなり表面積が大きい内径部又は外径部をもっているため、この部分を軸受やシールに圧入することによって、センサーを軸受やシールに強固に固定することができる。
【００１６】またステーターに形成する歯は、トーンリングの磁極と円周方向で同一線上になるように配置されてさえいれば、円周方向での厳しい精度が必要ないので、ステーター、ひいてはセンサー全体の製造コストを低くできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１、２に、本発明の環状速度センサーを備えたハブ軸受装置１０を示す。このハブ軸受装置１０は、自動車の従動輪車軸に通常取り付けられるものであるが、駆動輪車軸に取り付けたり、自動車部品以外の回転部品に用いることもできる。
【００１８】ハブ１２は、車輪（図示省略）への取付面を有する半径方向のフランジ部を備えている。またハブ１２には円筒形の内周面１４と、一対のころ軸受軌道面、すなわちインボード側軌道面１６とアウトボード側軌道面１８が形成されている。さらにハブ１２には、後述する車輪回転速度センサーを取り付けるための大径のボア２０が形成されている。
【００１９】ハブ１２の内部には軸受内輪２２が設けられており、この内輪２２と、内輪上を転動する複数のボール２４とによって、インボード側軸受を構成している。図示省略しているアウトボード側軸受は、内周面上を転動する複数のボールを備えた従来型の軸受である。内輪２２は、固定のスピンドル２８に対する取付面としての円筒形内周面２６を有する。車輪が回転すると、車輪に固定されたハブ１２が、スピンドル２８に固定された内輪２２に対して回転する。この発明のハブ軸受装置１０は、車輪の回転速度を検出するセンサー３０を備えている。すでに説明したように、センサー３０の出力は、車両のＡＢＳやトラクションコントロール装置の制御に用いられる。センサー３０は、ローターすなわちトーンリング３２と、ステーターすなわち環状のトランスデューサー３４を備えている。図１、２に加え、図３、４、５、８、９、１０を参照しつつ、センサー３０の説明を行う。
【００２０】トーンリング３２は半径方向の面３６と軸方向の内周面３８を有する円板形の永久磁石である。図２に示すように、トーンリング３２は、ハブのボア２０に圧入されたトーンリングホルダー３９に取り付けられている。しかしホルダー３９は省略して、トーンリング３２を直接ハブのボア２０に圧入するようにしてもよい。図４および図９に示すトーンリングは、ハブ軸受装置の回転中心から放射状に延びる複数の領域を有し、各領域に隣接する領域とは反対の磁極が形成される。半径方向の面３６と軸方向の面３８には、それぞれ相反する極性を有する磁極が円周方向に交互に形成されている。軸方向の磁界４０が半径方向の面３６を通過し、半径方向の磁界４２が軸方向の面３８を通過する。図４は、図３に示す円周方向にずれた第１および第２の歯を有するステーターと組み合わせて用いた場合、トーンリング３２を通過する磁界を示している。図９は、図８に示す半径方向に整列した第１および第２の歯を有するステーターと組み合わせて用いた場合、トーンリング３２を通過する磁界を示している。トーンリングの材質としては様々なものがあるが、この実施例ではＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ合金を採用している。
【００２１】環状のトランスデューサー３４は、半径方向の側壁４６と一対の円筒形の軸方向の壁４８、５０からなり、内端が開放したケース４４を有する。壁４８、５０は、環状の空隙５２によって隔てられている。壁４８、５０の側端には、複数の歯５４、５６が形成されている。図３の実施例では、歯５４は、歯５６と半径方向にずらして設けられており、図８の実施例では、各歯５４は、歯５６に対して半径方向の同一線上に並んでいる。図８ではわかりやすくするためにボビン６０を省略している。図１、３に示すように、空隙５２にはボビン６０に巻かれたコイル巻線５８が収納されている。歯５４、５６の数は、トーンリング３２の表面に円周方向に交互に形成された磁極の数と等しくする。
【００２２】トーンリング３２が（図３、８の曲線の矢印Ａの方向に）回転すると、トランスデューサーの歯５４、５６が、トーンリングに交互に形成された磁極と磁気的に結合し、トランスデューサーのケース４４内に交番磁界が発生する。図３のケース４４とトーンリング３２の表面に沿って延びる矢印は、ケース４４とトーンリング３２を通過する磁束を表している。トーンリング３２がトランスデューサーに対して相対回転すると、トランスデューサーのケース４４内に交番磁界が発生し、その結果コイル巻線５８内に電磁力（電圧）が発生する。磁極４０、４２と歯５４、５６は、歯５４が磁極４０に磁気的に結合し、歯５６が磁極４２に磁気的に結合するように設けられている。図３に示すように、歯５６はトーンリング３２の半径方向内側の軸方向の面３８に空隙５５を挟んで対向している。また磁極４０、４２は、歯５４がＮ極とＳ極の一方に磁気的に結合しているとき、歯５６は他方の磁極に結合するように配列されている。図５のトーンリング３２は、歯５４、５６を円周方向にずらして配列しているトランスデューサーと組み合わせて用いられる。この場合、歯５４がトーンリングの半径方向の面に形成されたＮ極に磁気的に結合しているとき、歯５４から円周方向に１ピッチずらして設けた歯５６は、半径方向の面のＮ極から円周方向に１ピッチずらして配置された軸方向の面のＳ極に磁気的に結合する。一方図１０に示すトーンリング３２は、半径方向に整列した歯５４と５６を有するトランスデューサーと組み合わせて用いられる。この場合、歯５４が半径方向の面に形成されたＮ極に磁気的に結合しているとき、歯５４に対して半径方向の一線上に配列されている歯５６は、軸方向の面のＳ極に磁気的に結合する。
【００２３】本発明のトーンリングは、軸方向の面に半径方向の磁界、半径方向の面に軸方向の磁界を有するため、ステーターに形成する歯５４、５６はそれぞれトーンリングの反対の磁極と対向するように配置されていればよい。歯５４、５６は円周方向にずらして形成してもよいし、半径方向に整列させてもよい。このため歯５４、５６は別々に形成でき、ステーターの製造コストを低くできる。
【００２４】環状トランスデューサー３４は、図２に示す内輪２２の円筒形外周面にプレス嵌めされている。軸受のボール２４とセンサー３０は、シール６２によって保護されている。シール６２はハブ１２にプレス嵌めされた保持リング６４と、トランスデューサーのケース４４に接触する弾性リップ６６とから成る。トランスデューサーは内端側、すなわちボール２４に対向する側が開口しており、その壁４６、４８、５０で軸受のボール２４を保護している。またセンサー３０は簡単に手が届く位置に取り付けられているので、修理や交換が容易にできる。
【００２５】図６、７は、別の実施例のハブ軸受装置１０’を示す。このハブ軸受装置１０’は車輪の回転速度を検出するセンサー３０’を備えている。ハブ１２’は、車輪（図示省略）への取付面を有する半径方向のフランジ部１３’を備えている。車輪はフランジ１３’に取り付けた複数のボルト９２によってフランジ部に固定されている。またハブ１２’には円筒形の内周面１４’と、一対のころ軸受軌道面、すなわちインボード側軌道面１６’とアウトボード側軌道面１８’が形成されている。さらにハブ１２’には、車輪回転速度センサーを取り付けるための大径のボア２０’が形成されている。
【００２６】ハブ１２’の内部には軸受内輪９４が設けられており、この内輪９４と、内輪上を転動する複数のボール２４’とによって、インボード側軸受を構成している。車輪が回転すると、内輪９４が、スピンドル（図示省略）に固定された外輪９６に対して回転する。図７に示すように、センサーの環状ステーター９８は外輪９６に固定されており、トーンリング１００は、車輪に固定された内輪９４と共回りする。
【００２７】図１１、１２は、トーンリング１１０と環状トランスデューサー１１２を同軸上に設けた実施例を示す。トーンリング１１０は、軸１１４を中心にもつリング状の部材である。環状トランスデューサー１１２は軸１１４を中心とし、トーンリング１１０の半径方向内側に設けられ、環状壁１２０と、環状壁１２０から半径方向外向きにのびる壁１１６、１１８から成る。他の実施例と同様に、ボビン１２６に巻かれたコイル巻線１２４が、環状トランスデューサー１１２の内部の空隙１２２に収納されている。トーンリング１１０に形成される磁極およびトランスデューサーに形成される歯は、半径方向の同一線上に設けてもよいし、ずらして設けてもよい。
【００２８】図１３、１４の実施例でも、トーンリング１１０’と環状トランスデューサー１１２’を同軸上に設けている。トーンリング１１０’は、軸１１４’を中心としたリング状の部材である。環状トランスデューサー１１２’は軸１１４’を中心とし、トーンリング１１０’の半径方向外側に設けられ、環状壁１２０’と、環状壁１２０’から半径方向内向きにのびる壁１１６’、１１８’から成る。他の実施例と同様に、ボビン１２６’に巻かれたコイル巻線１２４’が、環状トランスデューサー１１２’の内部の空隙１２２’に収納されている。トーンリング１１０’に形成される磁極およびトランスデューサーに形成される歯は、半径方向の同一線上に設けてもよいし、ずらして設けてもよい。
【００２９】本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱することなく上記実施例に様々な変更、改良を加えることができる。
【出願人】 【識別番号】０００１０２６９２
【氏名又は名称】エヌティエヌ株式会社
【出願日】 平成１０年（１９９８）５月２２日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 文二 （外２名）
【公開番号】 特開平１１−２３５９４
【公開日】 平成１１年（１９９９）１月２９日
【出願番号】 特願平１０−１４１０９８