JP2009036761A - ホイール速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】モーターサイクル用の速度センサアセンブリを提供すること。
【解決手段】速度センサアセンブリは、第一レース、第二レース、その第二レースからその第一レースを分離する複数のボールベアリング、及び、その第二レースに結合されるトーンホイールを含む。その速度センサアセンブリはまた、その第一レースに隣接するスペーサと、そのトーンホイールに隣り合って置かれるセンサとを含む。
【選択図】図１

Description

この出願は、２００７年７月５日に出願された米国仮特許出願第６０／９４８０９７号に対する優先権を主張し、その内容は、参照により本書で援用され、本書の一部とされる。

車両（例えば、自動車やモーターサイクルである。）のホイール（車輪）の速度を知ることがしばしば必要とされる。例えば、アンチロックブレーキシステムは、ブレーキを解放し且つそのホイールが横滑りするのを防止するために、ホイールがいつ“ロック”しているかを知る必要がある。更に、ホイールの速度は、車両の速度を判定し且つ運転者にその速度を示すために、しばしば利用される。

ホイール速度を判定するための過去のシステムは、機械的なカプリング（例えば、スピードメータケーブル）又はセンサを用いた。センサを採用する典型的なシステムは、そのホイールに擦られるように結合される磁気リングを、そのリングからの磁場を検出し且つそのホイールの速度を判定するためのホールセンサと共に用いた。
米国仮特許出願第６０／９４８０９７号明細書 米国仮特許出願第６０／６６３３５５号明細書 国際出願第ＰＣＴ／ＷＯ２００６−０９７０９２号明細書

これらのセンサベースのシステムは、巨大なサイズ、及び、正確な摩擦結合を実現するため、また、そのセンサをその磁場内に正確に位置付けるための取り付けにおける困難性を含む、種々の欠点を有する。

本発明の態様は、第一レース（案内溝）、第二レース、その第一レースをその第二レースから切り離す複数のボールベアリング、及び、その第二レースに結合されるトーンホイールを有するベアリングを含む速度センサアセンブリに関する。その速度センサアセンブリはまた、その第一レースに隣接するスペーサ、及び、そのトーンホイールに隣り合って位置付けられるセンサを含む。そのセンサは、そのホイールの回転速度を判定するために、そのトーンホイールの回転を検出するよう構成される。

本発明の別の態様は、ホイール速度センサの製造方法に関する。その方法は、トーンホイールをキャリアに取り付ける行為、そのキャリアをベアリングの第一レースに圧入する行為、そのキャリアに隣り合うベアリングの第二レースにフリンジャを圧入する行為、そのベアリングを車軸に取り付ける行為、及び、そのフリンジャに隣り合う第二レースにスペーサを隣接させる行為を含む。そのスペーサは、そのホイールの回転速度を判定するために、そのトーンホイールの回転を検出するよう構成されるセンサを含む。

本発明の更なる態様は、上述のようなホイール速度センサを組み込んだモーターサイクルに関する。そのモーターサイクルは、フロントホイールアセンブリ、リアホイールアセンブリ、及び、ホイール速度センサを含む。そのホイール速度センサは、第一レース、複数のボールベアリングによってその第一レースから分離する第二レース、その第二レースに圧入されるキャリア、及び、そのキャリアに取り付けられるトーンホイールを有するベアリングを含む。そのホイール速度センサはまた、その第一レースに隣接するスペーサ、及び、そのスペーサに取り付けられるセンサを含む。そのフロントホイールアセンブリ及びそのリアホイールアセンブリの少なくとも一つは、そのホイール速度センサを含む。そのセンサは、それぞれのホイールアセンブリにおけるホイールの回転速度を判定するために、そのトーンホイールの回転を検出するよう構成される。

本発明の他の態様は、詳細な説明及び添付図面を考慮することで明らかとなる。

本発明を理解するために、それは、一例として、添付図面を参照しながら、ここで説明される。

本発明の何れの実施例もが詳細に説明される前に、本発明は、その適用において、以下の記載で説明される、或いは、以下の図面で図解される構造の詳細及び構成要素の配置に限定されないことが理解されるべきである。本発明は、別の実施例を実現可能であり、また、種々の方法で、実施され、或いは、実行され得る。また、本書で用いられる表現及び専門用語は、説明を目的としたものであり、限定的なものとされるべきではないことが理解されるべきである。本書で用いられる用語“第一”、“第二”、“第三”等は、説明のみを目的としたものであり、如何なる方法においてもそれら実施例を限定するものではない。更に、本書で用いられる用語“複数”は、選言的或いは連言的に、必要に応じて、無限数までの、一より大きな何れかの数を示す。本書における“含む”、“有する”又は“持つ”及びそれらの変形の使用は、その後に列挙されるアイテム及びそれらの均等物、並びに、追加的なアイテムを包含することを意味する。特定或いは限定されない限り、用語“取り付けられ”、“接続され”、“支持され”及び“結合され”並びにそれらの変形は、広い意味で用いられ、取り付け、接続、支持及び結合における直接的なもの及び間接的なものの双方を包含する。更に、“接続され”及び“結合され”は、物理的又は機械的な接続又は結合に限定されるものではない。更に、“隣り合う（隣接する）”は、隣り合う要素の間に一以上の要素が不在であることの暗示を意図したものではない。

本発明の実施例は、ホイールベアリングに組み込まれたエンコーダ、及び、ホイールスペーサに組み込まれた磁気抵抗（ＭＲ）センサ（例えば、異方性ＭＲセンサ）を有するホイール速度センサを含む。そのホイール速度センサは、比較的小さく、また、モーターサイクルに取り付けられたときに実質的に視界から隠されるものとなり得る。

図１及び２は、本発明に従ったホイールベアリング１００の一つの典型的な実施例を図解する。ホイールベアリング１００は、静止した車軸に取り付けられ、且つ、そのベアリングに取り付けられたホイールが最小限の摩擦で回転できるように構成される。ホイールベアリング１００は、２００５年３月１８日に出願された米国仮特許出願第６０／６６３３５５号の利益を主張する、２００６年３月６日に出願された国際出願第ＰＣＴ／ＷＯ２００６−０９７０９２号に記載されるベアリングのように、アウターレース（外輪）１０５、インナーレース（内輪）１１０、インナーリング１１５、ベアリングケージ１２０、複数のボールベアリング１２５、第一インナーシール１３０、第二インナーシール１３５、エンコーダ１４０、及び、フリンジャ１４５を含む。なお、それら文書の双方における全ての内容は、参照により本書に援用され、また、本書の一部とされる。

インナーリング１１５及びケージ１２０は、ホイールベアリング１００の円周の周りの適当な位置にボールベアリング１２５を維持する。ボールベアリング１２５は、アウターレース１０５とインナーレース１１０との間に定義される環状の空間２０３内に位置付けられる。更に、第一インナーシール１３０及び第二インナーシール１３５は、ホイールベアリング１００の一方の側に防水シールを形成するよう機能し、混入物質が内部の空間２０３に入るのを防止する。

図３は、エンコーダ１４０の一実施例を図解する。エンコーダ１４０は、トーンホイール１５０及びキャリア１５５を含む。実施例によっては、キャリア１５５に結合され得る、或いは、トーンホイール１５０と一体的に形成され得る密封要素１６０を、エンコーダ１４０が含んでいてもよい。他の実施例においては、エンコーダ１４０は、密封要素を含まない。図示された実施例では、キャリア１５５は、リングとして形成され、かつ、全体的にＬ字形を有する。キャリア１５５は、トーンホイール１５０によって生成される磁束のできるだけ多くをセンサの方へ向けるために、比較的高い透磁率を有するよう構成される。一実施例においては、American Iron and Steel Institute of Society of Automotive Engineers（ＡＩＳＩ／ＳＡＥ）１０００シリーズの鋼鉄である、例えば、ＡＮＳＩ１００６、１００８、１０１０、１０１８のような、磁気コア適用に相応しい鉄分の多い鋼鉄が、高い透磁率を提供するために用いられ得る。

エンコーダ１４０の０Ｈｚ周波数動作範囲において、キャリア１５５にしっかりと（空隙なしで）結合されたエンコーダ１４０と共にこれら材料の一つを用いることにより、キャリア１５５の比透磁率は、２０００以上になり得る。シリコン鋼（ＳｉＦｅ）又はコバルト鋼（ＣｏＦｅ）の他に、高い透磁率を持つ他の幅広い材料もまた、高い透磁率を提供するために用いられてもよい。キャリア１５５は、少なくとも−４０℃から少なくとも１５０℃までの温度に耐えることができ、また、ＳＡＥ１００８鋼又は他の適切な材料を用いて構成され得る。キャリア１５５は、アウターレース１０５に圧入され、かつ、アウターレース１０５の内径よりも僅かに大きな外径を有する。それら径における差は、キャリア１５５をアウターレース１０５内の適切な位置に保持し、また、キャリア１５５をアウターリング１０５と共に回転させる。実施例によっては、アウターレース１０５が静止し、かつ、インナーレース１１０が回転する場合に、キャリア１５５がインナーレース１１０に圧入される。

図示された実施例では、トーンホイール１５０は、４２．１５ｍｍ±１ｍｍのリード直径、５．０ｍｍ±０．１ｍｍの高さ、及び、０．８ｍｍ±０．１ｍｍの厚みを有するリングである。そのリード直径は、トーンホイールの中心（すなわち、トーンホイール１５０の外径とトーンホイール１５０の内径との中間である。）における直径である。トーンホイール１５０は、トーンホイール１５０の円周の周りで互いに等距離に間隔を空けられた３３対の磁極（すなわち、６６個の双極子）を含み、２．１ｍｍの距離のところで、少なくとも１．２ミリテスラ（ｍＴ）の磁束を提供する。この実施例では、それら極対は、左右対称の磁束密度を有し、ＭＲセンサが、トーンホイール１５０がそのセンサを過ぎて回転しているときに、５０％の名目上のデューティサイクルを有する信号を生成するようにし、一旦構築されたならば、そのデューティサイクルは極めて安定的であり、一回転当たりで５％を超えて変化することはない。トーンホイール１５０は、少なくとも−４０℃から１２０℃の温度範囲において、２５℃を上回るところで１℃当たり０．２％未満の信号劣化で動作でき、１２０℃未満のところで検出可能なポールトゥポールドロップアウトを有さない。更に、トーンホイール１５０は、永久的な損傷を受けることなく、１５０℃までの温度に耐えることができる。トーンホイール１５０は、ニトリルゴム（ＮＢＲ）又は高飽和ＮＢＲ（ＨＮＢＲ）のような適切な材料を用いて構成され得る。他の実施例では、トーンホイール１５０は、異なる数及び／又は構成の双極子を有していてもよく、また、異なる磁気特性を有していてもよい。

トーンホイール１５０は、エンコーダ１４０を形成するために、適切な接着剤を用いてキャリア１５５に取り付けられる。そして、エンコーダ１４０は、トーンホイール１５０のアウターサイド２００が、ベアリング１００のインナーレース１１０におけるアウターエッジ２０５から１．５５ｍｍ±０．０９ｍｍの深さとなるように、ベアリング１００に挿入される（すなわち、キャリア１５５が上述のようにアウターレース１０５に圧入される。）。インナーレース１１０におけるアウターエッジ２０５に対する、トーンホイール１５０におけるアウターサイド２００の深さは、ベアリング１００の周りで均一であり、結果として０．１ｍｍ±０．０１ｍｍの相対平坦度を持つトーンホイール１５０をもたらす。図１及び２で示されるように、トーンホイール１５０の全体は、インナーレース１１０とアウターレース１０５との間で、インナーレース１１０におけるアウターエッジ２０５、及び、アウターレース１０５におけるアウターエッジ２０７の双方の内側に定義される環状空間２０３内に位置付けられ、アウターエッジ２０５、２０７とトーンホイール１５０の外面との間に空間を残す。

図４は、フリンジャ１４５の実施例を図解する。フリンジャ１４５は、全体的にＬ字形を有するリングとして形成され、また、密封要素２１０及び支持要素２１５を含む。図示された実施例では、フリンジャ１４５は、インナーレース１１０に圧入され、また、インナーレース１１０の外径より僅かに小さな内径を有する。それら径の差は、インナーレース１１０上の適切な位置にフリンジャ１４５を保持する。フリンジャ１４５は、ホイールベアリング１００の外部からトーンホイール１５０を分離するため、また、トーンホイール１５０を保護するために、トーンホイール１５０の外側に位置付けられる。一実施例では、そのフリンジャは、できるだけその磁場に対して不活性となるよう設計され、一方でまた、そのセンサとその双極子との間の磁性物質の摩耗又はビルドアップ（積層）からその磁性面を保護するのに役立つ。透磁率は、フリンジャ１４５のベント（湾曲）のところで増大する。従って、フリンジャ１４５は、真っ直ぐとなるよう、かつ、トーンホイール１５０とセンサ（後述）との間でベントを持たないよう形成される。トーンホイール１５０によって生成され、且つ、そのセンサによって検出される磁束に対してフリンジャ１４５がほとんど影響を及ぼさない、或いは、全く影響を及ぼさないようにするためである。密封要素２１０は、可撓性の水密シールを提供するための適切な材料（例えば、ニトリルゴム）によって構成され得る。支持部材２１５は、ＳＡＥ３０４ステンレス鋼及びオーステナイト系ステンレス鋼又は他の適切な材料のような比較的低い透磁率を有する材料によって構成され得る。そのような鋼は、冷間加工されたときに磁気特性を示し得るが、１．０１に達するほどの極めて低い比透磁率を有する。他の低透磁率の材料が用いられてもよい。実施例によっては、フリンジャ１４５は、インナーレース１１０よりもむしろ、アウターレース１０５に圧入される。例えば、フリンジャ１４５は、アウターレース１０５が静止し且つインナーレース１１０が回転する実施例においては、アウターレース１０５に圧入されてもよい。更に、実施例によっては、フリンジャ１４５は、トーンホイール１５０と同じレース１０５、１１０に結合されてもよい。

図５は、ホイールベアリング１００と関連する使用に適したホイールスペーサ／センサアセンブリ２４３の一実施例を図解する。ホイールスペーサ／センサアセンブリ２４３は、ホイールスペーサ２４５及びそれに接続されるセンサ２５０を含む。一実施例では、センサ２５０は、（ハネウェル社製モデルＶＦ４０１のような）異方性磁気抵抗（ＭＲ）センサ２５０である。ホイールスペーサ２４５は、適切な材料を用いて高い耐性を持つよう機械加工され得る。センサ２５０は、（例えば、接着剤を用いて）スペーサ２４５に取り付け可能であり、また、スペーサ２４５の一部は、ンサ２５０を保護するために、センサ２５０を含め、（２４７として示されるように）外側被覆され得る。実施例によっては、センサ２５０は、外側被覆によってホイールスペーサ２４５に取り付けられ得る。そのスペーサにセンサ２５０を取り付けることは、複数の利点をもたらし得る。例えば、そのスペーサは、極めて堅いマウントを形成し、また、既存のデバイスで見られる多数のブラケットの必要性を除去する。更に、この取り付け構成は、センサ２５０及びエンコーダ１４０が同じ基準（例えば、その車軸の中心線）から参照されるように、センサ２５０を調整するのに役立つ。更に、この取り付け構成は、他の既存の取り付け構成によってそのシステムに投入され得る二次的な振動パターンを避けるのに役立つ。

以下でより詳細に説明されるように、磁場がセンサ２５０を通過すると、その磁場の極性に基づいてセンサ２５０の抵抗が変化し、センサ２５０に二つの電流レベルのうちの一つを有する信号を出力させる。センサ２５０は、例えば、４．５Ｖｄｃから１６．５Ｖｄｃまでの範囲にある入力電圧で機能し得る。実施例によっては、入力電圧は、約１４．２Ｖｄｃである。センサ２５０が出力する電流信号は、１４．０ｍＡ±２０％の高信号と７．０ｍＡ±２０％の低信号との間を変化し、０Ｈｚから約２０００Ｈｚまでの範囲の周波数を有する方形波電流信号をもたらす。図９は、そのような方形波信号の例を図解する。他の実施例では、ホール型センサがベアリング１００で用いられ得る。ホールセンサの組み込みは、極の数や極当たりの磁束密度の変更、又は、そのエンコーダからそのセンサまでの距離の調整のような設計変更を必要とする場合がある。新しいアルゴリズムが、この目的のため（例えば、より低い速度におけるより低い忠実度を許容するため）、適用されなければならない場合もある。

図６は、上述のようなセンサ２５０と共に用いられるセンサ回路３００の一実施例の回路図である。センサ２５０の第一リード３０５は、電源３１０（例えば、モーターサイクル用バッテリのプラス端子）に結合される。センサ２５０の第二リード３１５は、電流検出抵抗３２５の第一リード３２０に結合される。電流検出抵抗３２５の第二リード３３０は、グラウンドに結合される。図示された実施例では、電流検出抵抗３２５の抵抗は、１００Ωから３００Ωまでの範囲内である。更に、センサ２５０の第二リード３１５は、並列接続された蓄電器３４０（例えば、１０００ｐＦ）及び抵抗３４５（１０ｋΩ）を含むフィルタ回路３３５に結合される。フィルタ回路３３５はまた、グラウンドに結合される。当然のことながら、そのセンサ回路は、他の実施例では異なる構成を有し得る。

電流検出抵抗３２５は、センサ２５０からの方形波電流信号を方形波電圧信号に変換する。実施例によっては、その方形波電圧信号は、方形波の低い部分に対して約０．７Ｖｄｃから約２．１Ｖｄｃ（すなわち、７ｍＡ×１００Ωから７ｍＡ×３００Ω）の範囲を有し、方形波の高い部分に対して約１．４Ｖｄｃから約４．２Ｖｄｃ（すなわち、１４ｍＡ×１００Ωから１４ｍＡ×３００Ω）の範囲を有する。

エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）又は他のコントローラ（例えば、アンチロックブレーキシステムコントローラ）は、その方形波電圧信号を受け、且つ、そのホイールの速度を判定するためにその信号の周波数を測定する。そのコントローラは、とりわけ、ブレーキ中にそのホイールがロックするのを防止するために（すなわち、アンチロックブレーキのために）、或いは、運転者に車両速度の表示を与えるために、そのホイールの速度を利用し得る。

図７及び８Ａ〜８Ｃは、トーンホイール１５０及びセンサ２５０の働きを図解する。図７で示されるように、トーンホイール１５０は、センサ２５０に対して（例えば、矢印の方向に）回転し、トーンホイール１５０に位置付けられた複数の磁極対３６０がセンサ２５０を通過するようにし、極対３６０によってもたらされる磁場にセンサ２５０を晒す。図１〜６で示される実施例では、トーンホイール１５０は、ベアリング１００のアウターレース１０５と共に回転するが、当然のことながら、他の実施例では、そのトーンホイールが異なるように取り付けられてもよい。例えば、静止したトーンホイールに対してセンサ２５０が回転するよう構成され、（その出力におけるローカルレシーバへの且つローカルレシーバからの同様の遷移に加えて）そのセンサに電力を供給するための無線周波数（ＲＦ）源の使用を含むことが考えられる。

図８Ａ〜８Ｃで示されるように、それらの磁場は、極対３６０間に延び、極対３６０のそれぞれで相対的に垂直な場として始まり（図８Ｂ）、極対３６０間で相対的に平行な場に変わる（図８Ｃ）。ベアリング１００及びホイールスペーサ／センサアセンブリ２４３が（以下に記載するように）相互に隣り合って位置付けられた場合、センサ２５０は、（図８Ｃで示されるように）その平行な場で中央となるように位置付けられる。トーンホイール１５０は、十分な磁場を提供するように寸法が決められる。公差や熱に起因する変化がセンサ２５０を磁場の外に出してしまうことがないようにするためである。更に、この構成は、運転中におけるトーンホイール１５０又はセンサ２５０の振動に対する天然のフィルタを提供する。

図９で示すように、センサ２５０は、極対３６０がセンサ２５０を通り過ぎるときに、方形波電流信号を出力する。センサ２５０の出力信号は、その垂直磁場（図８Ｂ）がセンサ２５０を通り過ぎるときに、変化する。Ｎ極の垂直磁場がセンサ２５０を通り過ぎると、センサ２５０は、７ｍＡの出力信号に遷移する。Ｓ極の垂直磁場がセンサ２５０を通り過ぎると、センサ２５０は、１４ｍＡの出力信号に遷移する。センサ２５０によって出力されるその方形波の周波数は、ベアリング１００のアウターレース１０５の回転速度、ひいては、ベアリング１００に結合されるホイールの回転速度に対応する。図示された実施例では、トーンホイール１５０が３３個の極対３６０を含むという事実によって、センサ２５０の出力の周波数は、アウターレース１０５の完全な回転の数を判定するために、３３で割られる。そして、その回転の数は、速度を得るために、時間に対して（例えば、一分間当たりの回転数が）判定される。当然のことながら、ホイール速度を決定するための計算は、トーンホイール１５０が異なる数の極対を有するのであれば、必要に応じて変えられる。

ホイール速度センサ２５０の動作中、センサ２５０の出力信号は、最大で±２％の単一ピッチ誤差、及び、動作周波数範囲（例えば、０Ｈｚ〜２０００Ｈｚである。）及び動作温度範囲（例えば、−４０℃〜１２０℃である。）全体に亘って５％の最大総ピッチ誤差を有する。

単一ピッチ誤差（ＳＰＥ）は、トーンホイール１５０の一回の完全回転に対する、全ての周期長の平均値（Ｔ_ａｖｇ）からの個々の周期長（Ｔ_ｎ）のパーセント偏差として定義される。単一周期長は、磁極対３６０の回転によって生成されたときに、センサ２５０の一つの単一パルスの長さを指す。

従って、その単一ピッチ誤差は、ＳＰＥ（％）＝［（Ｔ_ｎ−Ｔ_ａｖｇ）／Ｔ_ａｖｇ］×１００である。

総ピッチ誤差（ＴＰＥ）は、トーンホイール１５０の一回の完全回転に対する、最大個別周期長（Ｔ_ｍａｘ）と最小個別周期長（Ｔ_ｍｉｎ）との間の差として定義される。

単一周期長は、磁極対３６０の回転によって生成されたときに、センサ２５０の一つの単一パルスの長さを指す。

従って、その総ピッチ誤差は、ＴＰＥ（％）＝（Ｔ_ｍａｘ％−Ｔ_ｍｉｎ％）である。

隣り合う極対３６０におけるその総ピッチ誤差の偏差は、５％を超えることがない。従って、一つの極が＋３％のピッチ誤差を有する場合、それに隣り合う極対は、−２％を超えるピッチ誤差を持ち得ない。

図１０〜１２は、ホイール速度センサを有するホイールベアリング１００の一実施例を組み込んだモーターサイクル５００の斜視図、背面図及び上面図を図解する。モーターサイクル５００は、ドライブアセンブリ５０５、フレーム５１０、フロントフォークアセンブリ５１５、スイングアーム又はリアフォークアセンブリ５２０、フロントホイール５２５、リアホイール５３０、シート５３５、及び、燃料タンク５４０を含む。フレーム５１０は、ドライブアセンブリ５０５、フロントフォークアセンブリ５１５、リアフォークアセンブリ５２０、シート５３５、及び、燃料タンク５４０を支持する。フロントフォークアセンブリ５１５は、モーターサイクル５００の前部のところで枢動可能に支持され、そして、フロントホイール５２５を支持する。フロントフォークアセンブリ５１５は、モーターサイクル５００を操舵するための一対のハンドルバー５４５を含む。リアフォークアセンブリ５２０は、モーターサイクル５００の後部のところでフレーム５１０に結合され、そして、リアホイール５３０を回転可能に支持する。シート５３５は、フレーム５１０に結合され、且つ、ライダーを支持するために構成される。燃料タンク５４０は、フレーム５１０によって支持され、そして、燃料をドライブアセンブリ５０５に供給する。

ドライブアセンブリ５０５は、エンジン５５０及びトランスミッション５５５を含む。エンジン５５０及びトランスミッション５５５は、ドライブアセンブリ５０５における別個独立の構成要素を構成する。エンジン５５０は、クランクシャフトのような出力シャフト（図示せず。）を含み、それは、従来の方法でトランスミッション５５５に動力を供給すべくプライマリチェーン（図示せず。）を駆動するためのプライマリドライブスプロケット（図示せず。）を含む。

フロントホイール５２５及びリアホイール５３０は、車軸（図示せず。）に取り付けられたホイールベアリング（図示せず。）上に乗る。

図１３〜１５は、上述のホイール速度センサを組み込んだモーターサイクル用のリアホイール取り付けアセンブリ６００の一実施例を図解する。アセンブリ６００は、ホイール６０５、ホイール６０５に取り付けられたロータ６１０、ブレーキキャリパ６１５、ホイールスペーサ／センサアセンブリ２４３、ワッシャ６２５、ナット６３０、保持クリップ６３５、車軸６４０、第一スイングアーム６４５、エンコーダ１４０を含む第一ホイールベアリング１００、ホイールスリーブ６５５、第二ホイールベアリング６６０、スプロケットスペーサ６６５、スプロケットベアリング６７０、第二スイングアーム６８０、及び、車軸端６８５を含む。

図１５で示されるように、リアホイール取り付けアセンブリ６００は、第二スイングアーム６８０における開口を通じて、車軸端６８５が第二スイングアーム６８０に接するまで、車軸６４０を送り込むことによって組み立てられる。次に、リアホイール取り付けアセンブリ６００の構成要素は、車軸６４０上に位置付けられ、構成要素のそれぞれは、図１５で示されるように、それに隣り合う構成要素に接する。一旦、構成要素の全てが適切な位置に置かれると、ナット６３０が車軸６４０にねじ込まれ、それら要素の全てを適切な位置に実質的に遊びが無い状態で拘束する。保持クリップ６３５は、ナット６３０が運転中に緩んでしまうのを防止する。

図１６は、エンコーダ１４０を含む第一ホイールベアリング１００（すなわち、キャリア１５５及びトーンホイール１５０）、並びに、センサ２５０を含むホイールスペーサ／センサアセンブリ２４３の位置を示す、ホイールアセンブリ６００の一部のクローズアップされた断面図を図解する。ベアリング１００及びホイールスペーサ／センサアセンブリ２４３を製造するときに（すなわち、機械加工及び射出成形によって）達成可能な厳しい公差は、センサ２５０がトーンホイール１５０に対して正確に位置付けられるのを可能にし、トーンホイール１５０によって生成される磁場の中心にセンサ２５０が置かれることを確実にする。ＭＲセンサの使用に加えて、この正確さは、そのホイール速度センサが、以前のホイール速度センサよりも有意に小さいサイズで製造されるのを可能にする。更に、構成要素の全てが、共通の基準線として機能する車軸６４０から参照される。

ホイールベアリング１００におけるエンコーダ１４０の位置（すなわち、フリンジャ１４５の後ろ）は、トーンホイール１５０を見えなくする。ホイールスペーサ２４５におけるセンサ２５０の位置は、センサ２５０をそのモーターサイクルのスイングアームの後ろに隠し、結果として、ほとんど完全に見えなくなるホイール速度センサをもたらす。更に、ホイール速度センサの組み立ては、エンコーダ１４０をベアリング１００内に取り付けることによって簡略化され、ホイールスペーサ／センサアセンブリ２４３がベアリング１００に隣り合うことだけが求められる。結果として、そのホイール速度システムの個々の構成要素は、相互にしっかりと支えられてはいるが、密接に位置付けられた或いは位置合わせされた可動部品の何れにも直接的な接触がない。

そのホイール速度センサは、同様に、或いは、代替的に、フロントホイール取り付けアセンブリにも取り付けられ得る。そのフロントホイール取り付けアセンブリは、トーンホイール１５０を含む第一ホイールベアリング１００、及び、センサ２５０を含むホイールスペーサ／センサアセンブリ２４３のような、リアホイール取り付けアセンブリ６００と同じ構成要素のいくつかを含んでいてもよい。

センサ２５０はホイールスペーサ２４５上に成形されるので、修理又は取り換えのためにセンサ２５０を取り外すのに、モーターサイクルのメンテナンスショップで既に用いられている工具を超えた特別な工具が必要とされることはない。

そのホイール速度センサは、モーターサイクルが直面する厳しい環境（例えば、無鉛ガソリン、モーターオイル、ブレーキ液、クリーナ等である。）に晒されることに耐えることができる。そのホイール速度センサの構造は、部品損耗（例えば、トーンホイールのランアウト、トーンホイールの歯の損傷、車軸端の遊び、ベアリング摩耗）及び路面の不整合によって引き起こされる空隙の不整合に対してそれが左右されないようにする。ホイール速度センサはまた、モーターサイクルが直面する広い温度範囲に耐えることができ、そのモーターサイクルによってそのホイール速度センサに掛けられた軸方向荷重による影響を受けない。また、センサ２５０とフリンジャ１４５との間の隙間は、その隙間に異物が留まりホイール速度センサ２５０の動作に影響することを防止する上で十分小さいものである。フリンジャ１４５はまた、トーンホイール１５０を損傷又は汚染から保護する。更に、ベアリング１００は、ベアリング１００の構成要素間の摩擦を低減するために、ベアリンググリースで満たされていてもよい。そのベアリンググリースは、ホイール速度センサ２５０の動作に影響しない（すなわち、トーンホイール１５０によって生成される磁場は、そのグリースの影響を受けない。）ことが分かった。更に、ホイール速度センサ２５０の動作は、モーターサイクルの組み立てで用いられるグラファイト成分を有する抗固着潤滑油による影響を受けない。

実施例によっては、ＭＲセンサは、フリンジャに成形される。他の実施例では、エンコーダを含むベアリングは、フリンジャ要素を含まない。そのような実施例では、そのエンコーダは、ベアリンググリースを封じ込め、かつ、混入物質を閉め出すための密封部材を含む。

上述の実施例は、特定のサイズ及び寸法を持つ構成要素を用いて説明された。しかしながら、異なるサイズ及び寸法を持つ構成要素を用いた他の実施例も本発明の範囲内にある。更に、上述の実施例は、ＭＲセンサを用いて説明された。しかしながら、他の種類のセンサ（例えば、ホール効果センサである。）を用いることも本発明の範囲内にある。

本発明は、ホイール速度センサの実施例で説明された。しかしながら、本発明は、ベアリングを用いる何れかの回転装置であって、速度が監視されるもの、例えば、コンベア若しくはモータ又は他の種類の車両（例えば、自動車）に適用される。速度を監視することに加えて、本発明は、位置検出にも適用可能である（すなわち、パルスの数を数えることによる。）。

このように、本発明は、何よりも、モーターサイクルが普通に直面する振動や混入物質に耐えられる、比較的小さく、簡単に取り付けられるホイール速度センサを提供する。

本発明の実施例に従ったベアリングの斜視図（切り欠き部を含む）である。 図１のベアリングの断面図である。 本発明の実施例に従ったエンコーダの断面図である。 本発明の実施例に従ったフリンジャの断面図である。 本発明の実施例に従ったホイールスペーサ／センサアセンブリの断面図である。 本発明の実施例に従ったセンサ回路の回路図である。 本発明の実施例に従ったセンサを通り過ぎるトーンホイールを表す。 本発明の実施例に従ったトーンリングの磁場を通過するセンサを表す。 本発明の実施例に従ったトーンリングの磁場を通過するセンサを表す。 本発明の実施例に従ったトーンリングの磁場を通過するセンサを表す。 本発明の実施例に従った磁場に対するセンサの出力信号の略図である。 本発明の実施例を組み込んだ典型的なモーターサイクルの斜視図である。 本発明の実施例を組み込んだ典型的なモーターサイクルの背面図である。 本発明の実施例を組み込んだ典型的なモーターサイクルの上面図である。 本発明の実施例に従ったリアホイール取り付けアセンブリの斜視図である。 本発明の実施例に従ったリアホイール取り付けアセンブリの断面図である。 本発明の実施例に従ったリアホイール取り付けアセンブリの断面図である。 本発明の実施例に従ったベアリング及びホイールスペーサ／センサアセンブリの断面図である。

Claims (30)

1. 回転センサアセンブリであって：
   アウターエッジを有する第一レース、第二レース、前記第一レースと前記第二レースとの間に置かれる複数のボールベアリング、前記第二レースに結合され且つ比較的高い透磁率を有する物質で構成されるキャリア、及び、前記キャリアに結合されるトーンホイールであり当該トーンホイールの円周の周りに分布する複数の磁極対を含むトーンホイール、を含むベアリング；
   前記第一レースに隣接するスペーサ；並びに
   前記スペーサに取り付けられ、且つ、前記トーンホイールに隣り合って置かれるセンサ；を有し、
   前記センサは、前記センサに対する前記トーンホイールの回転を、該回転の間に前記磁極対を検出することによって、検出するよう構成される、
   回転センサアセンブリ。
2. 前記第一レース及び前記第二レースのうちの一つに圧入されるフリンジャを更に有し、該フリンジャは、前記トーンホイールと前記センサとの間に置かれ、且つ、前記ベアリング内に前記キャリア及び前記トーンホイールを密封する、
   請求項１の回転センサアセンブリ。
3. 前記トーンホイール及び前記センサの双方に直接的に隣り合う前記フリンジャの一部は、真っ直ぐであり、また、前記フリンジャは、比較的低い透磁率を有する物質で構成される、
   請求項２の回転センサアセンブリ。
4. 前記キャリアは、前記トーンホイールが前記第一レースのアウターエッジから固定深さのところとなるよう前記第二レースに圧入され、前記トーンホイールは、０．１ｍｍの相対フラットネスを有し、また、前記センサと前記トーンホイールとの間の距離は、約１．８７ｍｍ±０．２７ｍｍに固定される、
   請求項１の回転センサアセンブリ。
5. 前記第一レースは、静止したインナーレースであり、前記第二レースは、回転するアウターレースであり、そして、前記トーンホイールは、前記第二レースと共に回転し、また、前記センサは、静止している、
   請求項１の回転センサアセンブリ。
6. 前記センサは、磁気抵抗センサである、
   請求項１の回転センサアセンブリ。
7. 前記センサは、前記第二レースの回転速度を示す方形波電流出力を提供するよう構成される、
   請求項１の回転センサアセンブリ。
8. 前記トーンホイールと前記センサとの間の距離は、前記スペーサ及び前記第一レースによって制御され、前記スペーサ及び第一レースは、前記スペーサが前記第一レースに隣接するときの前記センサと前記トーンホイールとの間の距離が極めて正確となるのを可能にする極めて厳しい公差を実現可能な機械加工部品である、
   請求項１の回転センサアセンブリ。
9. 前記センサに接続され且つ前記センサからの出力を受け取るコントローラを更に有し、該コントローラは、（１）前記ベアリングの回転速度を決定すること、及び、（２）前記ベアリングの回転の存否を検出することのうちの少なくとも一つを実行するために、前記センサの出力を用いるよう構成される、
   請求項１の回転センサアセンブリ。
10. 速度センサアセンブリと共に用いるベアリングアセンブリであって：
    アウターエッジを有する第一レース；
    アウターエッジを有する第二レース；
    前記第一レースと前記第二レースとの間に置かれる複数のボールベアリングであり、前記第一レース及び前記第二レースの前記アウターエッジの内側に置かれる複数のボールベアリング；及び
    前記第二レースに結合されるトーンホイールであり、当該トーンホイールの円周の周りに分布する複数の磁極対を含むトーンホイール；を有し、
    前記トーンホイールの全体は、前記第二レースの前記アウターエッジの内側に置かれ、前記トーンホイールと前記第二レースの前記アウターエッジとの間に空間が定義されるようにする、
    ベアリングアセンブリ。
11. 前記トーンホイールの全体は、前記第一レース及び前記第二レースの双方における前記アウターエッジの内側に置かれ、前記トーンホイールと前記第一レース及び前記第二レースにおける前記アウターエッジとの間に空間が定義されるようにする、
    請求項１０のベアリングアセンブリ。
12. 前記第一レース及び前記第二レースのうちの一つに結合され、且つ、前記トーンホイールと前記第二レースの前記アウターエッジとの間に置かれるフリンジャを更に有する、
    請求項１０のベアリングアセンブリ。
13. 前記トーンホイール及び前記センサの双方に直接的に隣り合う前記フリンジャの一部は、真っ直ぐであり、また、前記フリンジャは、比較的低い透磁率を有する材料で構成される、
    請求項１２のベアリングアセンブリ。
14. 前記第二レースに結合され、且つ、比較的高い透磁率を有する材料で構成されるキャリアを更に有し、前記トーンホイールは、前記トーンホイールを前記第二レースに結合するために、前記キャリアに接続される、
    請求項１０のベアリングアセンブリ。
15. 請求項１０のベアリングアセンブリと、前記トーンホイールに隣り合って置かれ、前記トーンホイールの回転を検出するよう構成されるセンサとを有する回転センサアセンブリ。
16. 前記トーンホイールは、前記第一レースの前記アウターエッジから固定深さのところに置かれ、前記トーンホイールは、０．１ｍｍの相対フラットネスを有し、また、前記センサと前記トーンホイールとの間の距離は、約１．８７ｍｍ±０．２７ｍｍに固定される、
    請求項１５のセンサアセンブリ。
17. 速度センサアセンブリと共に用いられるベアリングアセンブリであって：
    第一レース；
    第二レースであり、前記第一レースと当該第二レースとの間に環状空間を定義するよう置かれる第二レース；
    前記環状空間に置かれ、且つ、前記第一レースを前記第二レースから分離する複数のボールベアリング；
    前記第二レースに結合され、且つ、少なくとも部分的に前記環状空間内に置かれるトーンホイールであり、当該トーンホイールの円周の周りに分布する複数の磁極対を含むトーンホイール；及び
    前記第一レース及び前記第二レースのうちの一つに結合され、且つ、前記トーンホイールの外側に置かれるフリンジャであり、少なくとも部分的に前記環状空間を覆い、且つ、当該ベアリングアセンブリの外部から前記トーンホイールを分離するようにするフリンジャ、
    を有するベアリングアセンブリ。
18. 前記第二レースに結合され、且つ、比較的高い透磁率を有する材料で構成されるキャリアを更に有し、前記トーンホイールは、前記トーンホイールを前記第二レースに結合するために前記キャリアに接続される、
    請求項１７のベアリングアセンブリ。
19. 前記フリンジャは、比較的低い透磁率を有する材料で構成される、
    請求項１７のベアリングアセンブリ。
20. 前記フリンジャは、前記第一レースに圧入され、前記ベアリング内に前記トーンホイールを密封する、
    請求項１７のベアリングアセンブリ。
21. 前記トーンホイールの全体は、前記第一レース及び前記第二レースの双方における前記アウターエッジの内側に置かれ、前記トーンホイールと前記第一レース及び前記第二レースにおける前記アウターエッジとの間に空間が定義されるようにする、
    請求項１７のベアリングアセンブリ。
22. 前記トーンホイールに直接的に隣り合う前記フリンジャの一部は、真っ直ぐであり、また、前記フリンジャは、比較的低い透磁率を有する材料で構成される、
    請求項１７のベアリングアセンブリ。
23. 請求項１７のベアリングアセンブリと前記トーンホイールに隣り合って置かれ且つ前記トーンホイールの回転を検出するよう構成されるセンサとを有する回転センサアセンブリ。
24. 前記フリンジャは、前記トーンホイールと前記センサとの間に置かれ、また、前記センサは、前記ベアリングアセンブリの外部に置かれる、
    請求項２３のセンサアセンブリ。
25. 第一レース；
    第二レース；
    前記第一レースと前記第二レースとの間に置かれる複数のボールベアリング；
    前記第二レースに結合され、且つ、少なくとも部分的に前記環状空間内に置かれるトーンホイールであり、当該トーンホイールの円周の周りに分布する複数の磁極対を含むトーンホイール；
    前記トーンホイールに隣り合って置かれるセンサであり、当該センサに対する前記トーンホイールの回転を、該回転の間に前記磁極対を検出することによって、検出するよう構成されるセンサ；及び
    前記第一レース及び前記第二レースのうちの一つに結合され、且つ、前記トーンホイールと前記センサとの間に置かれるフリンジャ；
    を有する回転センサアセンブリ。
26. 前記第二レースに結合され、且つ、比較的高い透磁率を有する材料で構成されるキャリアを更に有し、前記トーンホイールは、前記トーンホイールを前記第二レースに結合するために、前記キャリアに接続される、
    請求項２５の回転センサアセンブリ。
27. 前記フリンジャは、比較的低い透磁率を有する材料で構成される、
    請求項２５の回転センサアセンブリ。
28. 前記フリンジャは、前記第一レースに圧入され、前記ベアリング内に前記トーンホイールを密封する、
    請求項２５の回転センサアセンブリ。
29. 前記トーンホイールの全体は、前記第一レース及び前記第二レースの双方における前記アウターエッジの内側に置かれ、前記トーンホイールと前記第一レース及び前記第二レースにおける前記アウターエッジとの間に空間が定義されるようにする、
    請求項２５の回転センサアセンブリ。
30. 前記トーンホイールに直接的に隣り合う前記フリンジャの一部は、真っ直ぐであり、また、前記フリンジャは、比較的低い透磁率を有する材料で構成される、
    請求項２５の回転センサアセンブリ。

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