JP2008275508A - センサ付き転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軌道部材に作用しているモーメント荷重と軸方向の並進荷重とを感度良く求めることができるセンサ付き転がり軸受装置を提供すること。
【解決手段】このセンサ付き転がり軸受装置は、第１変位検出部が出力した信号および第２変位検出部が出力した信号の夫々から外輪に対する内軸１の相対回転に基づく回転同期成分を抽出する回転成分推定器７０１を備える。回転成分推定器７０１は、回転演算と積分演算とを行うようになっている。
【選択図】図２０

Description

本発明は、軌道部材、転動体およびセンサ装置を有するセンサ付き転がり軸受装置に関し、特に、センサ装置を有するハブユニットに関する。

従来、センサ付き転がり軸受装置としては、特開２００１−２１５７７号公報（特許文献１）に記載されているハブユニットがある。

このハブユニットは、回転軌道輪、固定軌道輪および一つの変位センサを備え、上記変位センサは、上記固定軌道輪に設けられている。具体的には、上記固定軌道輪の外周面は、径方向に延在する穴を有し、上記変位センサは、上記穴に挿入されている。上記変位センサの検出面は、上記回転軌道輪の外周面に向けられている。

上記変位センサは、車両の車輪に荷重が作用した際に発生する回転軌道輪の外周面の変位によって変動する回転軌道輪と固定軌道輪との間のギャップ（具体的には、このギャップに対応して変化する電気信号）を検出するようになっている。上記ハブユニットは、上記変位センサが検出したギャップに基づいて車輪に作用する鉛直方向の荷重を算出するようになっている。

上記従来のセンサ付き転がり軸受装置では、上記変位センサが一つで、かつ、上記変位センサの検出面が、上記回転軌道輪の外周面に向けられているから、変位センサの検出値に基づいて車輪に対して鉛直方向に作用する並進荷重を求めることが可能である一方、車両の旋回走行時の遠心力等に伴って発生する車両の前後方向のモーメント荷重や、車両の上下方向のモーメント荷重や、車輪の軸方向の並進荷重を求めることが不可能であるという問題がある。

また、センサ付き転がり軸受装置において、センサ装置の感度を向上して、転がり軸受にかかっている荷重を精密に測定することの要請が存在している。
特開２００１−２１５７７号公報（図８参照）

そこで、本発明の課題は、軌道部材に作用しているモーメント荷重と軸方向の並進荷重とを感度良く求めることができるセンサ付き転がり軸受装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のセンサ付き転がり軸受装置は、
軌道面を周面に有する第１軌道部材と、
軌道面と、環状の被変位検出部とを周面に有する第２軌道部材と、
上記第１軌道部材の上記軌道面と、上記第２軌道部材の上記軌道面との間に配置された転動体と、
上記被変位検出部の径方向の変位と、上記被変位検出部の軸方向の変位とを検出するセンサ装置と
を備え、
上記センサ装置は、
上記被変位検出部に上記径方向に対向する検出面を有する第１変位検出部と、
上記第１変位検出部に上記軸方向に間隔をおいて位置すると共に、上記被変位検出部に上記径方向に対向する検出面を有する第２変位検出部と、
上記第１変位検出部が出力した信号および上記第２変位検出部が出力した信号の夫々から上記第１軌道部材に対する上記第２軌道部材の相対回転に基づく回転同期成分を抽出する回転信号抽出部と、
上記第１変位検出部の出力と、上記第２変位検出部の出力と、上記回転信号抽出部の出力とに基づいて、上記被変位検出部の変位に伴う信号を算出する変位信号算出部と
を有することを特徴としている。

本発明によれば、互いに軸方向に離間されている、第１変位検出部と、第２変位検出部とを有しているから、第１変位検出部の検出信号と、第２変位検出信号の検出信号に基づいて、軸方向の並進の変位に基づく並進荷重を算出できるのは勿論のこと、センサ付き転がり軸受装置の軸方向の位置による変位の変動を検出できて、この変位の変動に基づいて、センサ付き転がり軸受装置に作用しているモーメント荷重を算出できる。

また、本発明によれば、回転信号抽出部で、上記第１変位検出部が出力した信号および上記第２変位検出部が出力した信号の夫々から上記第１軌道部材に対する上記第２軌道部材の相対回転に基づく回転同期成分を抽出することができるから、上記変位信号算出部において、上記第１変位検出部の出力と、上記第２変位検出部の出力から、上記回転同期成分を除去することができる。したがって、センサ付き転がり軸受装置にかかっている荷重（並進荷重、回転荷重）を精度高く検出することができる。

また、本発明によれば、上記回転信号抽出部が抽出した回転同期成分の径方向の位相角における局所的な周波数を求めることにより、第１軌道部材に対する第２軌道部材の径方向の位相角における短時間の回転速度を検出できる。したがって、センサ装置にＡＢＳセンサの機能を兼用させることができて、低コストでＡＢＳ信号を検知することができる。

また、一実施形態では、
上記第１変位検出部と上記第２変位検出部とは、上記軸方向から見て略重なると共に、上記第１変位検出部と上記第２変位検出部の夫々は、上記周方向に略等間隔に配置された４つの変位センサからなり、
上記センサ装置は、上記第１変位検出部の信号と上記第２変位検出部の信号の夫々から、上記径方向に延在する第１軸上における上記被変位検出部の変位を表す第１変位信号と、上記第１軸上に直交すると共に、上記径方向に延在する第２軸上における上記被変位検出部の変位を表す第２変位信号を算出する直交成分算出部を有し、
上記回転成分抽出部は、
上記第１変位信号と上記第２変位信号とを、上記第１軌道部材に対する第２軌道部材の相対回転速度と同じ回転速度で回転すると共に、上記径方向に延在して互いに直交する２軸からなる第１回転座標系からみた二つの信号に変換する第１演算部と、
上記第１演算部が出力した上記二つの信号の夫々について時間積分を行って、二つの信号を出力する第２演算部と、
上記第２演算部が出力した二つの信号を、上記第１回転座標系と同じ回転速度で上記第１回転座標系と反対の方向に回転すると共に、上記径方向に延在して互いに直交する２軸からなる第２回転座標系からみた二つの信号に変換する第３演算部と
を有している。

上記実施形態によれば、第１および第２変位検出部が出力した信号から上記回転同期成分を容易かつ正確に抽出することができる。

本発明のセンサ付き転がり軸受装置によれば、互いに軸方向に離間されている、第１変位検出部と、第２変位検出部とを有しているから、第１変位検出部の検出信号と、第２変位検出信号の検出信号に基づいて、軸方向の並進の変位に基づく並進荷重を算出できるのは勿論のこと、センサ付き転がり軸受装置の軸方向の位置による変位の変動を検出できて、この変位の変動に基づいて、センサ付き転がり軸受装置に作用しているモーメント荷重を算出できる。

また、本発明のセンサ付き転がり軸受装置によれば、回転信号抽出部で、上記第１変位検出部が出力した信号および上記第２変位検出部が出力した信号の夫々から上記回転同期成分を抽出することができるから、上記変位信号算出部において、上記第１変位検出部の出力と、上記第２変位検出部の出力から、上記回転同期成分を除去することができ、センサ付き転がり軸受装置にかかっている荷重（並進荷重、回転荷重）を精度高く検出することができる。

また、本発明のセンサ付き転がり軸受装置によれば、上記回転信号抽出部が抽出した回転同期成分の径方向の位相角における局所的な周波数を求めることにより、第１軌道部材に対する第２軌道部材の径方向の位相角における短時間の回転速度を検出できる。したがって、センサ装置にＡＢＳセンサの機能を兼用させることができて、低コストでＡＢＳ信号を検知することができる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明のセンサ付き転がり軸受装置の一実施形態であるハブユニットの軸方向の断面図である。

このハブユニットは、内軸１、内輪２、第１軌道部材としての外輪３、転動体としての複数の第１の玉４、転動体としての複数の第２の玉５、ケース部材６、および、センサ装置１０を備える。

上記内軸１は、小径軸部１９と、中径軸部２０と、第２軸部としての大径軸部２１とを有している。上記小径軸部１９の外周面には、ネジが形成されている。上記中径軸部２０は、小径軸部１９に段部１８を介して連なると共に、小径軸部１９の外径よりも大きい外径を有している。上記大径軸部２１は、中径軸部２０の小径軸部１９側とは反対側に位置している。上記大径軸部２１は、中径軸部２０に段部２２を介して連なると共に、中径軸部２０の外径よりも大きい外径を有している。上記大径軸部２１の外周面は、軌道面としてのアンギュラ型の軌道溝２３を有し、この軌道溝２３の外径は、中径軸部２０から離れるにしたがって、大きくなっている。

上記内軸１は、センター穴３１を有している。上記センター穴３１は、内軸１の軸方向の大径軸部２１側の端面の径方向の中央部に、形成されている。上記第センター穴３１は、円筒状の部分を有し、軸方向に所定距離延在している。また、上記内軸１は、軸方向の大径軸部２１側の端部に、ロータ（あるいは車輪）（図示せず）を取り付けるための、ロータ取付用のフランジ（あるいは車輪取付用のフランジ）５０を有している。

上記内輪２は、内軸１の中径軸部２０の外周面に外嵌されて固定されている。上記内輪２の軸方向の大径軸部２１側の端面は、上記段部２２に当接している。上記内輪２は、その外周面の大径軸部２１側に軌道面としてのアンギュラ型の軌道溝２８を有している。この軌道溝２８の外径は、大径軸部２１から離れるにしたがって、大きくなっている。上記内輪２の外周面は、軸方向の大径軸部２１側とは反対側に、円筒外周面２６を有し、この円筒外周面２６は、軌道溝２８の大径軸部２１側とは反対側に位置する軌道肩部２９に段部３０を介して連なっている。軌道肩部２９は、円筒外周面３５を有している。内輪２の外周面の軸方向の端部に位置する円筒外周面２６の外径は、軌道肩部２９の円筒外周面３５の外径よりも小さくなっている。

内輪２の軸方向の大径軸部２１側の端面は、段部２２に当接している。図１に示すように、ナット６３が、小径軸部１９のネジに螺合している。内輪２の軸方向の大径軸部２１側とは反対側の端面は、ナット６３の軸方向の大径軸部２１側の端面に当接している。ナット６３を、軸方向の大径軸部２１側に所定距離ネジ込むことにより、内輪２を、内軸１に確実に固定するようになっている。

上記外輪３は、大径軸部２１の径方向の外方に位置している。上記外輪３の内周面は、軌道面としてのアンギュラ型の第１軌道溝４４と、軌道面としてのアンギュラ型の第２軌道溝４５とを有している。上記外輪３は、車体への固定のための車体取付用のフランジ７５を有している。上記複数の第１の玉４は、内輪２の軌道溝２８と、外輪３の第１軌道溝４４との間に、第１保持器４０によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されており、上記複数の第２の玉５は、内軸１の軌道溝２３と、外輪３の第２軌道溝４５との間に、第２保持器４１によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されている。

上記ケース部材６は、筒部材５２と、円板状の蓋部材５３とで構成されている。筒部材５２の軸方向の外輪３側の端部は、外輪３の外周面の小径軸部１９側の端部に止めネジ５５により固定されている。一方、蓋部材５３は、筒部材５２の外輪側とは反対側の開口を閉塞している。蓋部材５３は、センサ付き転がり軸受装置の内部へ異物が侵入するのを防止している。

上記センサ装置１０は、第１変位検出部７０と、第２変位検出部７１と、ターゲット部材７３とを有する。上記第１および第２変位検出部７０,７１は、筒部材５２の内周面に固定されている。一方、ターゲット部材７３は、筒形状を有している。ターゲット部材７３の軸方向の一端部は、内輪２の円筒外周面２６に圧入によって押しこまれている。換言すると、ターゲット部材７３の上記一端部は、内輪２の外周面の一端部である円筒外周面２６に外嵌されて固定されている。上記内軸１、内輪２、ナット６３およびターゲット部材７３は、第２軌道部材を構成しており、ターゲット部材７３の外周面は、被変位検出部になっている。

図２は、図１における第１変位検出部７０の周辺の拡大断面図である。

図２に示すように、第２変位検出部７１は、第１変位検出部７０よりも車輪側（ロータ取付用のフランジ５０側）に位置している。第１および第２変位検出部７０,７１の夫々は、筒部材５２の内周面に固定されている。上記第１変位検出部７０は、第２変位検出部７１と同一であり、第１変位検出部７０は、第２変位検出部７１に対して軸方向に間隔において配置されている。第１変位検出部７０は、第２変位検出部７１に軸方向に略重なっている。

図１に示すように、上記筒部材５２の内周面には、センサリング８３と、センサリング９３とが、固定されている。センサリング８３およびセンサリング９３は、環状のスペーサ５８を介在させた状態で、筒部材５２の鍔部５７に対して止めネジ５９で固定されている。上記第１変位検出部７０は、４つの変位センサ８４（図２参照）を有する一方、第２変位検出部７１は、４つの変位センサ９４（図２参照）を有している。各変位センサ８４は、センサリング８３の内周面から径方向の内方に延在している一方、各変位センサ９４は、センサリング９３の内周面から径方向の内方に延在している。

第１変位検出部７０と、第２変位検出部７１とは、センサリング８３,９３を介して、ケース部材６に固定されるようになっている。したがって、第１変位検出部７０と、第２変位検出部７１とを、センサリング８３,９３を介して、ケース部材６に固定した後、ケース部材６を、上述のように外輪３の外周面に固定するだけで、第１および第２変位検出部７０,７１を、ハブユニットに簡易に固定することができる。すなわち、変位検出部７０,７１を、個別に外輪３に取り付ける必要がなく、しかも、外輪３に変位検出部７０,７１装着用の貫通穴等の取付構造を設ける必要もない。また、ケース部材６に対する変位検出部７０,７１の相対位置が予め確定することになるから、ターゲット部材７３に対する変位検出部７０,７１の位置決めを正確かつ容易に行うことができる。

図１および図２においては示さないが、上記４つの変位センサ８４は、センサリング８３の径方向の内方側の部分に、周方向に所定間隔おきに複数配置されている（本実施形態では、周方向に一定間隔おきに配置されている）一方、４つの変位センサ９４は、センサリング９３の径方向の内方側の部分に、周方向に所定間隔おきに複数配置されている（本実施形態では、周方向に一定間隔おきに配置されている）。

図３は、４つの変位センサ９４の周方向の配置構成を説明する図である。尚、説明しないが、４つの変位センサ８４についても、４つの変位センサ９４と同一の周方向の配置構造を有している。また、図３において、参照番号７５は、図１に７５で示す外輪３のフランジである。

図３に示すように、各変位センサ９４は、周方向に互いに近接配置されて対をなすコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂからなっている。４つの変位センサ９４は、センサ付き転がり軸受装置（この実施形態では、ハブユニット）が所定の位置に設置されている状態で、ターゲット部材７３の最も鉛直上方に位置する部分に略径方向に対向する位置、ターゲット部材７３の最も鉛直下方に位置する部分に略径方向に対向する位置、ターゲット部材７３における、このセンサ付き転がり軸受装置が取り付けられている車両の最も前方側の位置に略径方向に対向する位置、および、ターゲット部材７３における、このセンサ付き転がり軸受装置が取り付けられている車両の最も後方側の位置に略径方向に対向する位置に設置されている。尚、４つの変位センサ８４は、４つの変位センサ９４に軸方向に略重なっている。

各組において、対をなすコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂの夫々は、独立した検出面を有し、対をなすコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂは、直列に連結されている。センサリング９３は、径方向の内方側の端部に、径方向の内方に突出した一対の磁極９３ａおよび９３ｂを有している。コイル素子１００ａは、磁極９３ａの周囲にコイルを巻き付けてなっている一方、コイル素子１００ｂは、磁極９３ｂの周囲にコイルを巻き付けてなっている。磁極９３ａおよび磁極９３ｂの夫々において、径方向の内方の端面２８は、検出面になっている。これら検出面は、ターゲット部材７３の外周面に対して間隔をおいて径方向に対向している。

以下、センサ付き転がり軸受装置（この実施形態では、ハブユニット）が所定の位置に設置されている状態で、ターゲット部材７３の最も鉛直上方に位置する部分に略径方向に対向している変位センサに添え字ｔを添え、ターゲット部材７３の最も鉛直下方に位置する部分に略径方向に対向している変位センサに添え字ｂを添え、ターゲット部材７３における、このセンサ付き転がり軸受装置が取り付けられている車両の最も前方側の位置に略径方向に対向している変位センサに添え字ｆを添え、ターゲット部材７３における、このセンサ付き転がり軸受装置が取り付けられている車両の最も後方側の位置に略径方向に対向している変位センサに添え字ｒを添えることにする。

図４は、変位センサ８４ｔの検出面Ａ１と、変位センサ９４ｔの検出面Ａ２と、被変位検出部との位置関係を示す図である。

図４に示すように、ターゲット部材７３の外周面である被変位検出部は、第１環状溝１３４および第２環状溝１３５を有している。第１環状溝１３４および第２環状溝１３５は、周方向に延在している。上記第２環状溝１３５は、第１環状溝１３４に対して軸方向に間隔をおいて第１環状溝１３４の車輪側に位置している。

尚、説明しないが、変位センサ８４ｂの検出面、変位センサ９４ｂの検出面、第１環状溝１３４および第２環状溝１３５の位置関係は、変位センサ８４ｔの検出面Ａ１、変位センサ９４ｔの検出面Ａ２、第１環状溝１３４および第２環状溝１３５の位置関係と同一である。また、変位センサ８４ｆの検出面、変位センサ９４ｆの検出面、第１環状溝１３４および第２環状溝１３５の位置関係は、変位センサ８４ｔの検出面Ａ１、変位センサ９４ｔの検出面Ａ２、第１環状溝１３４および第２環状溝１３５の位置関係と同一である。また、変位センサ８４ｒの検出面、変位センサ９４ｒの検出面、第１環状溝１３４および第２環状溝１３５の位置関係は、変位センサ８４ｔの検出面Ａ１、変位センサ９４ｔの検出面Ａ２、第１環状溝１３４および第２環状溝１３５の位置関係と同一である。

図４に示すように、軸方向において、検出面Ａ１の中央部は、第１環状溝１３４の第２環状溝１３５側の縁に略一致している一方、検出面Ａ２の中央部は、第２環状溝１３５の第１環状溝１３４側の縁に略一致している。

この状態から仮にターゲット部材７３が軸方向の蓋部材５３側に距離δだけ変位したとすると、検出面Ａ１と第１環状溝１３４との軸方向のラップ長（軸方向の重なっている長さ）が減少する一方、検出面Ａ２と第２環状溝１３５との軸方向のラップ長（軸方向の重なっている長さ）が増大する。このことから、変位センサ８４のギャップの変位検出値が減少する一方、変位センサ９４のギャップの変位検出値が増大する。このように、ターゲット部材７３が軸方向に変位すると、変位センサ８４ｔが検出する変位検出値と、変位センサ９４ｔとが検出する変位検出値とに差が生じる。

第１環状溝１３４および第２環状部１３５は、ターゲット部材７３が軸方向に移動した場合に、変位センサ８４ｔと変位センサ９４ｔが検出する変位検出値を正負逆向きに変化させるように、変位センサ８４ｔ,９４ｔに対する軸方向位置が設定されている。変位センサ８４ｔの変位検出値と、変位センサ９４ｔの変位検出値の差を取ることにより、内輪２（内軸１）の軸方向の並進量（軸方向の変位であり、並進荷重と相関関係がある）を検出するようになっている。

車両の中心側（以下、インナ側という）の変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒの変位検出値と、車輪側（以下、アウタ側という）の変位センサ９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒの変位検出値との差（同じ添え字を有する変位センサの変位検出値の差）を取ることにより、第２軌道部材の軸方向への単位並進量に対する変位検出値が増幅され、これによってセンサ装置１０の軸方向の変位の検出感度を高めることができるのである。

尚、図４に図示した配置とは逆に、インナ側の第１環状溝を、第１変位検出部の検出面に対してアウタ側にずらし、アウタ側の第２環状溝を第２変位検出部の検出面に対してインナ側にずらして配置しても良く、この場合でも上記と同様の作用効果が得られる。

図５は、第１変位検出部７０および第２変位検出部７１の夫々に接続されたギャップ検出回路の一例を示す図である。

図５に示すように、第１変位検出部７０および第２変位検出部７１の夫々において、鉛直方向に位置する２組のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂの夫々は、発振器１３０に接続されている。発振器１３０から一定周期の交流電流が、２組のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂに供給されるようになっている。２組のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂには、同期用のコンデンサ１３１が並列に接続されている。

そして、一方のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂと、他方のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂの出力電圧（検出値）を、差動アンプ１３２に入力して、上記同一直線の方向に対応する出力電圧（検出値）とすることにより、温度ドリフトを取り除くようにしている。なお、図示していないが、前後方向に位置する他方の２組のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂについても、上記と同様に差動アンプで差を取ることによって温度ドリフトを取り除いている。図５に示すギャップ検出回路は、直交成分算出部の一例となっている。この例では、第１軸は、鉛直方向に相当し、第２軸は、前後方向に相当している。

上記変位センサ８４,９４の夫々において、コイル素子１００ａ（または、コイル素子１００ｂ）のインダクタンスをＬ、検出面の面積をＡ、透磁率をμ、コイルの巻き数をＮ、検出面からターゲット部材７３までの間隔（ギャップ）をｄとすると、次の式（ａ）が成立する。

Ｌ＝Ａ×μ×Ｎ^２／ｄ ・・・（ａ）

ターゲット部材７３までのギャップｄが変化すると、変位センサ８４,９４のインダクタンスＬが変化して出力電圧が変化する。したがって、この出力電圧の変動を検出することにより、変位センサ８４,９４の検出面からターゲット部材７３までの径方向のギャップを検出することができるのである。

また、上記変位センサ８４,９４の夫々は、ターゲット部材７３に対する独立した検出面を有しかつ対をなすコイル素子１００ａ,１００ｂを直列に連結した構造を有しているから、図６に示すように、一つのコイル素子２００で一つの変位センサを構成する場合と比較して、発生する磁束密度を大きくすることができる。したがって、ターゲット部材７３とのギャップの検出感度を高くすることができる。

図７は、変位検出部７０,７１と、蓋部材５３に対して、変位検出部７０,７１とは反対側に位置する信号処理部１４０との接続構造を示す図である。上記信号処理部１４０は、ＥＣＵ等よりなっている。

上記センサ装置１０は、信号処理部１４０を有し、各変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒは、ケース部材６の蓋部材５３を貫通する信号線３６を介して信号処理部１４０に接続されている。各変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒから得られた出力電圧（変位検出値）は、信号処理部１４０で以下に述べる演算方法で演算され、これによって車輪に作用する各方向のモーメント荷重及び並進荷重を、算出するようになっている。

図８は、本実施形態で使用する方向について説明する図であり、図９および図１０は、本実施形態で使用するセンサ変位検出値の定義を説明する図である。図９は、変位センサを、径方向の外方からみた図であり、図１０は、変位センサを、軸方向からみた図である。尚、図１０においては、簡単のため、周方向に隣接する二つのコイル素子１００ａ,１００ｂ（図３参照）を、一つのコイル素子で表している。

図８に示すように、本実施形態では、車輪の前後水平方向をｘ軸方向、車輪の左右水平方向（軸方向）をｙ軸方向、車輪の上下方向をｚ軸方向と定義する。

また、図９および図１０に示すように、インナ側（車体の中心側）の４つの変位センサ８４の変位検出値に、添え字「ｉ」を使用し、アウタ側（車輪側）の４つの変位センサ９４に添え字「ｏ」を使用する。

また、確認のために再度述べると、ハブユニットが所定の位置に設置されている状態において、
ターゲット部材７３における、このハブユニットが取り付けられている車両の最も前方側の位置に略径方向に対向する位置に設置されているセンサ８４を、センサ８４ｆ（ｆは、ｆｒｏｎｔの略）とし、
ターゲット部材７３における、このハブユニットが取り付けられている車両の最も後方側の位置に略径方向に対向する位置に設置されているセンサ８４を、センサ８４ｒ（ｒは、ｒｅａｒの略）とし、
ターゲット部材７３の最も鉛直上方に位置する部分に略径方向に対向する位置に設置されているセンサ８４を、センサ８４ｔ（ｔは、ｔｏｐの略）とし、
ターゲット部材７３の最も鉛直下方に位置する部分に略径方向に対向する位置に設置されているセンサ８４を、センサ８４ｂ（ｂは、ｂｏｔｔｏｍの略）とする。

また、今後、センサの変位検出値において、
前側のセンサの変位検出値に添え字「ｆ」を使用し、
後側のセンサの変位検出値に添え字「ｒ」を使用し、
上側のセンサの変位検出値に添え字「ｔ」を使用し、
下側のセンサの変位検出値に添え字「ｂ」を使用
する。

図１０に示されている事実、すなわち、インナ側の変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒと、アウタ側の変位センサ９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒとが、軸方向に略重なっているといる事実は、上述した第１変位検出部７０が、第２変位検出部７１に軸方向に略重なっているという事実と整合している。

話を元に戻して、センサ装置１０が有する合計８つのセンサの変位検出値は、次のように定義される。
ｆｉ：変位センサ８４ｆの変位検出値
ｒｉ：変位センサ８４ｒの変位検出値
ｔｉ：変位センサ８４ｔの変位検出値
ｂｉ：変位センサ８４ｂの変位検出値
ｆｏ：変位センサ９４ｆの変位検出値
ｒｏ：変位センサ９４ｒの変位検出値
ｔｏ：変位センサ９４ｔの変位検出値
ｂｏ：変位センサ９４ｂの変位検出値

図１１は、車輪にｙ軸方向の並進荷重Ｆｙが作用した場合における、ターゲット部材７３と、幾つかの変位センサの位置関係を模式的に示す図である。以下、図１１を用いて、ｙ軸方向の並進荷重Ｆｙに対応する独立変数（ｓＦｙ）について説明する。

図１１に示すように、車輪にｙ軸方向の並進荷重Ｆｙが作用した場合、第２軌道部材（回転軌道部材）は、その荷重の向きに変位し、各環状溝１３４,１３５の位置が軸方向にずれる。このため上述したように、インナ側の各変位センサの変位検出値（本実施形態では出力電圧）ｆｉ、ｒｉ、ｔｉ、ｂｉは軸方向の移動量δの増大に伴っていずれも減少し、アウタ側の各変位センサの変位検出値ｆｏ、ｒｏ、ｔｏ、ｂｏは軸方向の移動量δの増大に伴っていずれも増大する。

そこで、図１２、すなわち、各変位センサ出力から演算した独立変数と、車輪に作用する実際の荷重との対応関係を示すマトリックス図、に示すように、次の式（１）で算出されるｓＦｙを、ｙ軸方向の並進荷重Ｆｙに対応する独立変数として採用する。
ｓＦｙ＝（ｆｉ＋ｒｉ＋ｔｉ＋ｂｉ）−（ｆｏ＋ｒｏ＋ｔｏ＋ｂｏ）
・・・（１）

このように、インナ側の各変位センサの変位検出値とアウタ側の各変位センサの変位検出値の差を取ることで、回転軌道輪である第２軌道部材の軸方向への単位並進量に対するｓＦｙが増幅されるので、センサ装置１０全体としての軸方向変位の検出感度を高めることができる。

ｘ軸方向の変位の変位検出値と、ｚ軸方向の変位の変位検出値については、次のように求められる。

ｘ軸方向については、前センサの変位検出値ｆと、後センサの変位検出値ｒとの差によってｘ軸方向変位の変位検出値とし、ｚ軸方向については、上センサの変位検出値ｔと、下センサの変位検出値ｂの差によってｚ軸方向変位の変位検出値とする。前後のセンサの出力同士及び上下のセンサの出力同士では、それぞれ同じ方向に同じ量だけ温度の影響が出ることから、上記のように差を取ることによって温度ドリフトが取り除かれる。

本実施形態では、インナ側と、アウタ側に変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒを配置しているので、次に示す通り、インナ側とアウタ側のそれぞれの位置において、以下の式（２）に示すように、ｘ軸方向の変位の変位検出値と、ｚ軸方向の変位の変位検出値が得られる。ここで、下記の式（２）の値が、図５に示すギャップ検出回路の出力に相当するものであることは言うまでもない。
インナ側でのｘ軸方向の変位の変位検出値 ｘｉ＝ｆｉ−ｒｉ
インナ側でのｚ軸方向の変位の変位検出値 ｚｉ＝−ｔｉ＋ｂｉ
アウタ側でのｘ軸方向の変位の変位検出値 ｘｏ＝ｆｏ−ｒｏ
アウタ側でのｚ軸方向の変位の変位検出値 ｚｏ＝−ｔｏ＋ｂｏ
・・・（２）

尚、以下式（３）〜（７）において、式に表れるｘｉ、ｘｏ、ｚｉ、ｚｏは、上記式（２）で示されるｘｉ、ｘｏ、ｚｉ、ｚｏではなくて、下記に言及するｘｉ’、ｘｏ’、ｚｉ’、ｚｏ’のことである。ｘｉ’、ｘｏ’、ｚｉ’、ｚｏ’は、式（２）で示されるｘｉ、ｘｏ、ｚｉ、ｚｏの夫々からノイズである回転同期成分を除去した検出値である。ｘｉ’、ｘｏ’、ｚｉ’、ｚｏ’の求め方については、図２０以降で詳細に説明する。

ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する独立変数（ｓＭｚ）は、次のように求められる。

図１３は、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚのみが作用する純モーメントの状態の各種変数の関係を示す図である。

軸受装置の中心Ｏ（図１参照）からインナ側変位センサの検出位置までの軸方向距離をＬｉ、軸受中心Ｏからアウタ側変位センサの検出位置までの軸方向距離をＬｏとすると、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する変位検出値は、理論的には次の式（３）で算出されるｍｚで表される。このｍｚは、図１３に示すように、θが十分に小さい場合には、ｘｉと一致する。
ｍｚ＝Ｌｉ×ｔａｎθ
＝Ｌｉ×ｔａｎ（（ｘｉ−ｘｏ）／（Ｌｉ−Ｌｏ））
・・・（３）

しかし、実際には、ターゲット部材７３に、環状溝１３４,１３５が形成されているため、図１４、すなわち、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚのみを作用させた場合におけるＭｚと、ｍｚおよびｘｉの変位検出値との関係を示す図に示すように、ｍｚは、ｘｉとは一致せず、かつ、ｍｚと、ｘｉの変位検出値の傾きも一致しない。

このため、図１５にｋｚで示すｘｉ直線の傾きをｍｚ直線の傾きで除算して得られる補正係数を導入する。補正係数ｋｚを、上記ｍｚに乗じることで、次の式（４）に示す通り、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する独立変数ｓＭｚが得られる。
ｓＭｚ＝−ｍｚ×ｋｚ
・・・（４）

尚、式（４）において、右辺のマイナス（−）は、その他の独立変数（上記ｓＦｙ及び
下記のｓＭｘ等）と符号を一致させるためのものである。

ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘに対応する独立変数（ｓＭｘ）は、次のように求められる。

ｘ軸方向と、ｚ軸方向とは９０度、座標変換した関係にある。したがって、ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘに対応する独立変数ｓＭｘは、上記ｓＭｚの場合と同様の考え方により、次の式（５）によって算出することができる。
ｓＭｘ＝ｍｘ×ｋｘ
・・・（５）

なお、上記式（５）におけるｋｘは、図１５で定義される値であり、ｋｚと同じ趣旨で導入した補正係数であり、ｚｉ直線の傾きをｍｘ直線の傾きで除算して得られる補正係数である。このｋｘは、図１６に示す、ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘのみを作用させた場合における、Ｍｘと、ｍｘおよびｚｉの変位検出値との関係を示す図から求められる。

ｚ軸方向の並進荷重Ｆｚに対応する独立変数（ｓＦｚ）、および、ｘ軸方向の並進荷重Ｆｘに対応する独立変数（ｓＦｘ）は、夫々次のように求められる。

図１７は、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚとともに、ｘ軸方向の並進加重Ｆｘが作用する状態を仮定した場合の第２軌道部材の変形状態を示す図であり、各種変数の関係を示す図である。

インナ側でのｘ軸方向変位の変位検出値ｘｉには、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する独立変数ｓＭｚの成分と、ｘ軸方向の並進加重Ｆｘに対応する独立変数ｓＦｘの成分が含まれている。ｘ軸方向の並進加重Ｆｘに対応する独立変数ｓＦｘは、上記ｘｉからｓＭｚを差し引くことによって求めることができる。

このことは、ｚ軸方向の並進荷重Ｆｚに対応する独立変数であるｓＦｚの場合にも、同様に当てはまる。したがって、ｚ軸方向の並進荷重Ｆｚによる独立変数ｓＦｚと、ｘ軸方向の並進荷重Ｆｘによる独立変数ｓＦｘは、それぞれ次の式（６）及び式（７）で算出することができる。
ｓＦｚ＝ｚｉ−ｍｘ×ｋｘ
・・・（６）
ｓＦｘ＝ｘｉ−ｍｚ×ｋｚ
・・・（７）

図１８は、これまで説明した、変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚの算出方法を、ダイアグラム的に示す図である。図１８に示すように、ｓＦｙを先ず求め、その値を元に、ｓＦｘ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚを求めることができるようになっている。

図１９は、上記式（１）,（４）,（５）,（６）,（７）によって得られる各独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘ及びｓＭｚと、車輪に作用する実際の荷重であるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚとの対応関係を表すマトリックス図である。

すなわち、車輪に対して実際に負荷したＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚを入力とし、式（１）,（４）,（５）,（６）,（７）によって得られる各独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚを出力として、それらの変数間の直線グラフをマトリックス化したものである。

図１９のマトリックス図に示すように、Ｆｘに対してはｓＦｘのみが傾きを有する直線グラフとなり、その他のＦｙ、Ｆｚ、ＭｘおよびＭｚには反応がなく、これと同様に、マトリックス図の対角部分だけが直線グラフになっている。従って、これら５つの独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚは、車輪に作用する実際の荷重である５分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、ＭｘおよびＭｚと線形独立の関係にある。

このため、それらの独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚが求まれば、車輪に作用する５つの荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、ＭｘおよびＭｚを未知数とした５元連立一次方程式を解くことにより、その各荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、ＭｘおよびＭｚを演算することができる。

本実施形態では、ＥＣＵ等よりなる前記信号処理部１４０には、上記した各式（１）,（４）,（５）,（６）,（７）と５元連立一次方程式を解く演算回路（ハードウェア）ないし制御プログラム（ソフトウェア）が組み込まれている。このため、各変位センサによる８つの変位検出値ｆｉ、ｒｉ、ｔｉ、ｂｉ、ｆｏ、ｒｏ、ｔｏおよびｂｏに基づいて、車輪に作用する実際の荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、ＭｘおよびＭｚを求めることができる。

図２０は、上記ギャップ検出回路の出力信号から回転同期成分を除去するメカニズムについて説明する図である。

インナ側でのｘ軸方向の変位の変位検出値である上記ｘｉ（ｘｉ＝ｆｉ−ｒｉ）、インナ側でのｚ軸方向の変位の変位検出値である上記ｚｉ（ｚｉ＝−ｔｉ＋ｂｉ）、アウタ側でのｘ軸方向の変位の変位検出値である上記ｘｏ（ｘｏ＝ｆｏ−ｒｏ）、および、アウタ側でのｚ軸方向の変位の変位検出値である上記ｚｏ（ｚｏ＝−ｔｏ＋ｂｏ）には、内軸１の回転に伴う回転同期信号が含まれ、この回転同期信号が、荷重信号（変位信号）に対するノイズになっている。

したがって、上記４つの変位検出値からノイズである回転同期信号成分を取り除く必要がある。この実施形態では、上記ｘｉ、ｚｉ、ｘｏおよびｚｏから上記回転同期信号を取り除き、上記ｘｉおよび上記ｚｉからより正確な荷重信号（変位信号）を抽出する。また、この実施形態では、上記ｘｉ、ｚｉ、ｘｏおよびｚｏから上記回転同期信号を取り除くことに加えて、上記回転同期信号に基づいて、ＡＢＳ信号を生成する。

以下、図２０と、以下の図２１〜図２５を用いて、上記ｘｉおよび上記ｚｉから上記回転同期信号を取り除くメカニズムと、上記回転同期信号に基づいて、ＡＢＳ信号を生成するメカニズムについて詳細に説明する。

尚、説明しないが、アウタ側でのｘ軸方向の変位の変位検出値である上記ｘｏ（ｘｏ＝ｆｏ−ｒｏ）およびアウタ側でのｚ軸方向の変位の変位検出値である上記ｚｏ（ｚｏ＝−ｔｏ＋ｂｏ）からも同一の方法で、回転同期成分を取り除いている。

図２０に示すように、力信号と回転信号とを含んだ信号（具体的には、上記式（２）のｘｉ、ｚｉ）は、回転信号抽出部の一例としての回転成分推定器７０１に出力され、回転成分推定器７０１において、回転同期成分（ｘ３、ｙ３）が抽出される。このことから、ｘｉからｘ３を引くことによって、ｘｉからノイズである回転同期成分を排除でき、かつ、ｚｉからｚ３を引くことによって、ｚｉからノイズである回転同期成分を排除できる。

また、上記回転同期成分を、所定の閾値を境にして上下を判断して２値化してパルス信号にすることにより、ＡＢＳ信号としている。

図２１は、上記回転成分推定器７０１における、回転同期成分の抽出のメカニズムを示す図である。尚、図２１において、位相差０とは、内軸１に設定された直交座標系と、以下に説明する第１演算部９０１の回転座標系との位相差が０であることを示している。

上記回転成分推定器７０１は、第１演算部９０１、第２演算部、および、第３演算部９０４を有し、上記第２演算部は、第１積分器９０２と、第２積分器９０３とからなっている。

先ず、第１演算部９０１において、回転同期成分を含んだ入力信号である上記ｘｉおよびｚｉを、２次元ベクトル（ｘｉ,ｚｉ）として、この２次元ベクトル（ｘｉ,ｚｉ）に、下に（８）式で示す、−ωｔの回転演算に相当するＲ１演算を施す。ここで、ｘｉおよびｚｉの夫々は、ωｔで変動する回転同期成分と非回転同期成分との和からなっている。

Ｒ１演算の出力である２次元ベクトル（ｘ１,ｚ１）は、回転体（具体的には、上記被変位検出部）と同じ回転で回転する回転座標系から見たときの変位信号を示している。この信号は、非回転同期成分のために揺らいだ信号になる。この信号成分は、回転同期周波数と同じ周波数を持っており、Ｘ方向またはＺ方向から見た非回転同期成分の振幅成分を持っている。

ここで、詳述しないが、上記被変位検出部の回転速度、すなわち、内軸１の回転速度は、例えば、内軸１の周方向の１箇所に凹部を形成し、この凹部を第１変位検出部７０と第２変位検出部７１のうちの少なくとも一方で検出することにより算出する。ここで、上記内軸１の回転速度が、周方向の各位相角において、内軸１の回転における瞬時の回転速度を表すＡＢＳ信号ではないことに注意する必要がある。上記内軸１の回転速度は、周方向の各位相角において、内軸１の回転における瞬時の回転速度を表す信号ではないからである。

次に、以下の（９）式に示すように、ｘ１を第１積分器９０２によって時間積分してｘ２を算出すると共に、ｚ１を第２積分器９０３によって時間積分してｚ２を算出する。このようにして、ｘ１信号をｘ２信号に変換すると共に、ｚ１信号をｚ２信号に変換する。

このｘ１、ｚ１を入力とする第１、第２積分器９０２,９０３の出力信号ｘ２、ｚ２は、回転に同期した回転座標系から見て、ｘｉ、ｚｉの回転同期成分が回転座標信号と「どれだけの位相差と振幅を持っているか」という情報を有した信号になっている。第１積分器９０２および第２積分器９０３の夫々の出力は、積分器のゲインにより制定時間が決定されるが、ある時間を経過すると、一定値に収束するようになる。

最後に、第３演算部９０４において、上記ｘ２およびｚ２を、２次元ベクトル（ｘ２,ｚ２）として、この２次元ベクトル（ｘ２,ｙ２）に、下に（１０）式で示す、ωｔの回転演算に相当するＲ２演算を施す。

Ｒ２演算は、上記位相差情報および振幅情報をもとに、固定座標系から見た場合のＸ方向成分またはＺ方向成分を出力することに相当する。信号（ｘ３,ｙ３）は、回転同期信号のみを逆位相で抽出した信号成分に相当する。

この（ｘ３,ｚ３）を、（ｘｉ,ｚｉ）に加えてなる（ｘｓ,ｚｓ）を算出する。この（ｘｓ,ｚｓ）こそが（ｘｉ’,ｙｉ’）に他ならず、上記式（４）〜（７）に表れる（ｘｉ,ｚｉ）である。尚、（ｘｏ,ｙｏ）から（ｘｏ’,ｙｏ’）を求める手法も（ｘｉ,ｙｉ）から（ｘｉ’,ｙｉ’）を求める手法と同一である。

（ｘ３,ｚ３）を、（ｘｉ,ｚｉ）に加えて（ｘｓ,ｚｓ）を算出する演算部は、変位信号算出部を構成している。

図２２〜図２５は、内軸１に設定された直交座標系（この直交座標系は、例えば、内軸１の周方向の１箇所に設けられた上記凹部の位置に対して位置決めされる）と、以下に説明する第１演算部９０１の回転座標系との位相差が０でなくて、π／４、３π／８、π／２、３π／４である点が、図２１に示す実施例と異なる。

図２１〜図２５に示すように、内軸１に設定された直交座標系と、以下に説明する第１演算部９０１の回転座標系との位相差は、荷重信号の抽出に全く影響することがない。したがって、回転座標系を自由に設定できる。

上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置によれば、互いに軸方向に離間されている、第１変位検出部７０と、第２変位検出部７１とを有しているから、第１変位検出部７０の検出信号と、第２変位検出信号７１の検出信号に基づいて、軸方向の並進の変位に基づく並進荷重を算出できるのは勿論のこと、センサ付き転がり軸受装置の軸方向の位置による変位の変動を検出できて、この変位の変動に基づいて、センサ付き転がり軸受装置に作用しているモーメント荷重を算出できる。

また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置によれば、回転信号抽出部としての回転成分推定器７０１で、第１変位検出部７０が出力した信号および第２変位検出部７１が出力した信号の夫々から外輪３に対する内軸１の相対回転に基づく回転同期成分を抽出することができるから、上記変位信号算出部において、第１変位検出部７０の出力と、第２変位検出部７１の出力から、回転同期成分を除去することができる。したがって、センサ付き転がり軸受装置にかかっている荷重（並進荷重、回転荷重）を精度高く検出することができる。

また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置によれば、回転成分推定器７０１が抽出した回転同期成分の径方向の位相角における局所的な周波数を求めることにより、外輪３に対する内軸１の径方向の位相角における短時間の回転速度を検出できる。したがって、センサ装置１０にＡＢＳセンサの機能を兼用させることができるから、低コストでＡＢＳ信号を検知することができる。

また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置によれば、回転成分推定器７０１で、回転演算と、積分演算とを用いて、回転同期成分の抽出を行うから、回転同期成分を精度高く抽出することができる。

尚、上記実施形態のハブユニットでは、変位検出部７０,７１を、ケース部材６に固定したが、この発明では、変位検出部を、外輪に直接取り付けても良い。

また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、被変位検出部が、内軸１と別体のターゲット部材７３の外周面であったが、この発明では、ターゲット部材がなくて、被変位検出部が、内軸の外周面の一部であっても良い。また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、内軸１に、内軸１と別体の内輪２が嵌合される構成であったが、この発明では、内輪がなくて、第２軌道部材が、内軸単体で構成されるか、または、内軸とターゲット部材で構成されても良く、内軸が、内軸の外周面に二つの軌道面を有する構成であっても良い。

また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、外輪１が、固定軌道部材を構成し、内周側の内軸２等が、回転軌道部材を構成したが、内周側の内軸等が、固定軌道部材を構成し、外輪が、回転軌道部材を構成しても良い。

また、この発明で使用できるセンサ装置は、上記実施形態で用いたセンサ装置１０に限らず、以下の図２６、図２７および図２８に一部が示されるセンサ装置であっても良い。

詳しくは、図２６に示すセンサ装置４００のように、ターゲット部材４７３に、環状溝１３４,１３５を形成せず、環状溝１３４,１３５が存在していた位置に、周囲の構成材料よりも大きい（或いは小さい）透磁率を有する環状帯部４３４,４３５を形成しても良い。上記環状帯部４３４,４３５は、例えば鋼材の場合には、含有カーボン量を変えることによって、形成することができる。

また、図２７に示すセンサ装置５００のように、ターゲット部材５７３において、上記実施形態において環状溝１３４,１３５が形成されていた位置に、外周面が円筒面の凸部５４１,５４２を形成し、上記実施形態において環状部１５０が形成されていた位置に、凸部５４１,５４２よりも丘部の外径が小さい環状部５５０を形成しても良い。

また、図２８に示すセンサ装置６００のように、ターゲット部材６７３の外周面に、軸方向の断面において、傾斜方向が互いに逆向きの傾斜部６４３,６４４を形成しても良く、傾斜部６４３,６４４の一部に、溝を有する環状部を形成しても良い。なお、図２８では、両傾斜部６４３,６４４は、接合部分が谷形となっているが、その接合部分を、山形となる両傾斜部としても良い。

また、本発明で使用できるセンサ装置は、実施形態で説明したインダクタンス型の変位センサに限らない。すなわち、本発明で使用できるセンサ装置は、ギャップを検出できる非接触式のものであれば、如何なる変位センサであっても良い。

また、上記実施形態では、センサ付き転がり軸受装置が、ハブユニットであったが、この発明のセンサ付き転がり軸受装置は、ハブユニットに限らず、例えば磁気軸受装置等のハブユニット以外の如何なる軸受装置であっても良い。上記実施形態で説明した本発明の構成を、複数のモーメント荷重や並進荷重を測定するニーズのある各種軸受装置に適用することができるのは、言うまでもないからである。

また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、製造されるセンサ付き転がり軸受の転動体が玉であったが、この発明では、製造されるセンサ付き転がり軸受の転動体が、ころであっても良く、また、ころおよび玉を含んでいても良い。

本発明のセンサ付き転がり軸受装置の一実施形態であるハブユニットの軸方向の断面図である。 図１における第１変位検出部の周辺の拡大断面図である。 ４つの変位センサの周方向の配置構成を説明する図である。 変位センサの検出面と、被変位検出部との位置関係を示す図である。 第１変位検出部および第２変位検出部の夫々に接続されたギャップ検出回路の一例を示す図である。 本実施形態の変位センサにおいて、一つのコイル素子で一つの変位センサを構成する場合と比較して、発生する磁束密度を大きくすることができることを説明する図である。 変位検出部と、蓋部材に対して、変位検出部とは反対側に位置する信号処理部との接続構造を示す図である。 本実施形態で使用する方向について説明する図である。 本実施形態で使用するセンサ変位検出値の定義を説明する図である。 本実施形態で使用するセンサ変位検出値の定義を説明する図である。 車輪にｙ軸方向の並進荷重Ｆｙが作用した場合における、ターゲット部材と、幾つかの変位センサの位置関係を模式的に示す図である。 各変位センサ出力から演算した独立変数と、車輪に作用する実際の荷重との対応関係を示すマトリックス図である。 ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚのみが作用する純モーメントの状態の各種変数の関係を示す図である。 ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚのみを作用させた場合におけるＭｚと、ｍｚおよびｘｉの変位検出値との関係を示す図である。 補正係数について説明する図である。 ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘのみを作用させた場合における、Ｍｘと、ｍｘおよびｚｉの変位検出値との関係を示す図である。 ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚとともに、ｘ軸方向の並進加重Ｆｘが作用する状態を仮定した場合の第２軌道部材の変形状態を示す図である。 変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚの算出方法を、ダイアグラム的に示す図である。 独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘ及びｓＭｚと、車輪に作用する実際の荷重であるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚとの対応関係を表すマトリックス図である。 ギャップ検出回路の出力信号から回転同期成分を除去するメカニズムについて説明する図である。 回転成分推定器における、回転同期成分の抽出のメカニズムを示す図である。 回転成分推定器における、回転同期成分の抽出のメカニズムを示す図である。 回転成分推定器における、回転同期成分の抽出のメカニズムを示す図である。 回転成分推定器における、回転同期成分の抽出のメカニズムを示す図である。 回転成分推定器における、回転同期成分の抽出のメカニズムを示す図である。 本発明で使用できるセンサ装置について説明する模式図である。 本発明で使用できるセンサ装置について説明する模式図である。 本発明で使用できるセンサ装置について説明する模式図である。

符号の説明

１ 内軸
２ 内輪
３ 外輪
４ 第１の玉
５ 第２の玉
７０ 第１変位検出部
７１ 第２変位検出部
７３ ターゲット部材
８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒ 変位センサ
１４０ 信号処理部
７０１ 回転成分推定器
９０１ 第１演算部
９０２ 第１積分器
９０３ 第２積分器
９０４ 第３演算部

Claims (2)

1. 軌道面を周面に有する第１軌道部材と、
   軌道面と、環状の被変位検出部とを周面に有する第２軌道部材と、
   上記第１軌道部材の上記軌道面と、上記第２軌道部材の上記軌道面との間に配置された転動体と、
   上記被変位検出部の径方向の変位と、上記被変位検出部の軸方向の変位とを検出するセンサ装置と
   を備え、
   上記センサ装置は、
   上記被変位検出部に上記径方向に対向する検出面を有する第１変位検出部と、
   上記第１変位検出部に上記軸方向に間隔をおいて位置すると共に、上記被変位検出部に上記径方向に対向する検出面を有する第２変位検出部と、
   上記第１変位検出部が出力した信号および上記第２変位検出部が出力した信号の夫々から上記第１軌道部材に対する上記第２軌道部材の相対回転に基づく回転同期成分を抽出する回転信号抽出部と、
   上記第１変位検出部の出力と、上記第２変位検出部の出力と、上記回転信号抽出部の出力とに基づいて、上記被変位検出部の変位に伴う信号を算出する変位信号算出部と
   を有することを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
2. 請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受装置において、
   上記第１変位検出部と上記第２変位検出部とは、上記軸方向から見て略重なると共に、上記第１変位検出部と上記第２変位検出部の夫々は、上記周方向に略等間隔に配置された４つの変位センサからなり、
   上記センサ装置は、上記第１変位検出部の信号と上記第２変位検出部の信号の夫々から、上記径方向に延在する第１軸上における上記被変位検出部の変位を表す第１変位信号と、上記第１軸上に直交すると共に、上記径方向に延在する第２軸上における上記被変位検出部の変位を表す第２変位信号を算出する直交成分算出部を有し、
   上記回転成分抽出部は、
   上記第１変位信号と上記第２変位信号とを、上記第１軌道部材に対する第２軌道部材の相対回転速度と同じ回転速度で回転すると共に、上記径方向に延在して互いに直交する２軸からなる第１回転座標系からみた二つの信号に変換する第１演算部と、
   上記第１演算部が出力した上記二つの信号の夫々について時間積分を行って、二つの信号を出力する第２演算部と、
   上記第２演算部が出力した二つの信号を、上記第１回転座標系と同じ回転速度で上記第１回転座標系と反対の方向に回転すると共に、上記径方向に延在して互いに直交する２軸からなる第２回転座標系からみた二つの信号に変換する第３演算部と
   を有していることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。

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